jueves, 20 de junio de 2013

Nanobiotecnología

Autor:
PhD. Guillermo Choque Aspiazu
http://www.eldiario.net/
Publicado en:
Enero 19 de 2009

La palabra “nanotecnología” es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nanoescala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas que permiten trabajar y manejar las estructuras moleculares y sus átomos. Estas medidas llevarían a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas. En este entendido, la nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manejo y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, además de la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala. Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, los científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.


“Nano” es una medida, no un objeto. A diferencia de “biotecnología”, donde la palabra misma explica que la vida es manipulada por el arte humano, la nanotecnología indica solamente el tamaño del arte. Un nanómetro mide una mil millonésima parte de un metro. Los ojos más jóvenes y sanos no pueden ver cosas más pequeñas que un milímetro, y un nanómetro es un millón de veces más pequeño que eso. Incluso la mayoría de los microscopios no pueden ver cosas en nanoescala. Se necesitan 10 átomos de hidrógeno alineados uno junto al otro para igualar el largo de un nanómetro. Una molécula de ácido desoxirribonucléico mide aproximadamente 2.5 nanómetros de ancho. Un glóbulo rojo es gigantesco en comparación: 2 mil veces más grande que el ácido desoxirribonucléico, 5 mil nanómetros de diámetro. Las “materias primas” de la nanotecnología no son madera, caucho o acero. Son los elementos de la tabla periódica a partir de los cuales se constituye todo incluyendo la madera, el caucho, el acero y el ácido desoxirribonucléico. Hacer manejos precisos en nanoescala abre un mundo de posibles aplicaciones y cruza todos los sectores de la economía: se pueden fabricar computadoras más pequeñas y veloces, los medicamentos pueden alcanzar los órganos del cuerpo de manera total y pueden dirigirse a células específicas; los catalizadores, usados para acelerar las reacciones químicas, pueden ser más reactivos; los sensores pueden monitorear cultivos, ganado, herramientas y armas químicas según lo pida el cliente, con mucha mayor precisión; y los materiales en general pueden ser más fuertes, ligeros e “inteligentes”.

El estudio de la “nanobiotecnología” redefine los ubicuos objetos de estudio de la biología y la química, a saber las moléculas, como máquinas diminutas. Así, por ejemplo, la molécula de trifosfato de adenosina, componente esencial del ciclo celular de todos los seres vivos, ha recibido la denominación de “nanomotor”, al igual que la actina, integrante del binomio molecular actina/micina, responsable del estímulo eléctrico que controla los latidos del corazón. La redefinición de la biología y la química como nanobiotecnología podría parecer simplemente un intento pusilánime de atraer la atención hacia la ciencia tradicional, pero ahí rige la misma distinción que antes: si estos diminutos motores y dispositivos biológicos se aprovechan y manejan para hacer cosas hasta ahora desconocidas, el componente esencial de la definición no es el mero estudio, sino el aprovechamiento de los motores moleculares, las moléculas y la maquinaria de la vida.

La nanobiotecnología o bionanotecnología es una rama de la nanotecnología basada en el uso de estructuras biológicas tales como las proteínas, trifosfato de adenosina, acido desoxirribonucléico, etc. La nanobiotecnología es frecuentemente llamada tecnología húmeda-seca, donde la parte relacionada con el término húmeda pertenece a los componentes biológicos y la parte seca corresponde a la ingeniería de nanopartículas inorgánicas. La nanobiotecnología es una rama de la nanotecnología con aplicaciones o usos biológicos y bioquímicos. A menudo la nanobiotecnología estudia elementos existentes en la naturaleza para fabricar nuevos dispositivos. El término bionanotecnología es usado a menudo como sinónimo de nanobiotecnología, si se hace la distinción entre ambas, la nanobiotecnología se refiere a usar la nanotecnología para alcanzar las metas de la biotecnología, mientras que la bionanotecnología puede referirse a cualquier superposición entre la biología y la nanotecnología, incluyendo el uso de biomoléculas como parte o inspiración de dispositivos nanotecnológicos.

La definición de nanobiotecnología abarca dos grandes áreas de actuación: (1) La aplicación de herramientas, componentes y procesos de la nanotecnología a los sistemas biológicos, lo que últimamente se está dominando nanomedicina, donde se desarrollan herramientas para prevenir y tratar enfermedades en el cuerpo humano cuando están todavía en estados poco avanzados, lo que conlleva grandes avances diagnósticos y terapéuticos. (2) Uso de sistemas biológicos como moldes para el desarrollo de nuevos productos de escala nanométrica, fundamentalmente nanodispositivos electrónicos. Las herramientas y técnicas a nanoescala están ayudando no sólo al diseño de materiales con dimensiones nanométricas que presentan características nuevas o mejoradas sino también a entender y manipular células vivas y componentes biológicos, por lo que está abriendo un camino potencial a la obtención de nuevos biosensores, nanoherramientas o sistemas de liberación de fármacos dirigidos. Estos avances sólo pueden tener lugar gracias a la integración multidisciplinar de la nanotecnología con la biología, la química, la informática y la medicina y por eso la característica esencial de la nanobiotecnología es la multidisciplinaridad.

Dos de los grandes retos del siglo veintiuno serán la capacidad de detectar de forma precoz la presencia de enfermedades y defectos genéticos, así como la capacidad de regenerar aquellos órganos y tejidos que estén dañados al interior del cuerpo humano. Encontrar una solución a estos retos podría tener una gran repercusión en la calidad de vida de los seres humanos. La nanobiotecnología, disciplina en la frontera entre la nanotecnología y la biotecnología, es una de las grandes áreas emergentes en ciencia y tecnología que promete obtener tales avances. A través de la convergencia con la biotecnología, la nanotecnología ofrece a las ciencias biológicas nuevos materiales y herramientas que poseen nuevas características o que mejoran significativamente su funcionamiento; en cambio la biología ofrece a la nanotecnología oportunidades sin precedentes para explorar, aprender y utilizar nanoestructuras funcionales que son inherentes a los seres vivos.

Es evidente que el aumento de graves enfermedades como el cáncer, la diabetes o las enfermedades cardiovasculares en el mundo occidental, así como el aumento de la esperanza de vida con el consiguiente envejecimiento de la sociedad y la mayor incidencia de enfermedades crónicas, motiva la búsqueda de nuevos métodos de diagnóstico y terapéuticos que sean más rápidos y eficaces que los actuales, que además puedan reducir al máximo el costo de los análisis y los servicios, y que al mismo tiempo sean cómodos para el usuario. Gracias a la nanobiotecnología en un futuro próximo será posible contar con tales progresos y se podrá llegar hasta los tratamientos individualizados a distancia, o bien en el propio hogar o lugar de trabajo del paciente.

Aunque uno de los principales motores en el desarrollo de la nanobiotecnología es mejorar la diagnosis de enfermedades y su tratamiento, las oportunidades de esta rama de la nanotecnología se extienden por igual a otros ámbitos, como al diseño de nuevos fármacos, el control medioambiental, la cosmética, las aplicaciones en energía, las aplicaciones electrónicas, etc. Por ejemplo, mejorar el entendimiento de los procesos naturales podría facilitar el desarrollo de fabricación a escala molecular bioinspirada de nuevos materiales que pudiera emplearse como chip electrónicos reemplazando a los actuales. Ya se está trabajando en la computación molecular basada en la capacidad del ácido desoxirribonucléico para almacenar y procesar información consiguiendo una codificación de los datos en cadenas y utilizando técnicas de biología molecular para llevar a cabo operaciones lógicas y aritméticas. Una computadora de ácido desoxirribonucléico podría ser miles de veces más rápida que las actuales pero con un menor consumo energético. La investigación en computación con ácido desoxirribonucléico in vitro que se está realizando proporciona información relevante acerca de las capacidades computacionales de los seres vivos.

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