Nanomedicina. La Revolución De La Medicina A Escala Molecular — Daniel Closa I Autet / Nanomedicine. The Revolution of Medicine on a Molecular Scale by Daniel Closa I Autet (spanish book edition)

Un libro breve a la par que didáctico y merece ser leído.
Reparar enfermedades genéticas requiere introducir en las células las versiones corregidas de los genes defectuosos. En la práctica esto implica diseñar sistemas que permitan transportar con seguridad fragmentos específicos de ADN (la molécula que contiene la información genética) hasta las células adecuadas y conseguir que este material genético atraviese la membrana y alcance el núcleo. Para conseguir esto se están desarrollando sistemas basados en los nanotubos de carbono, unas estructuras a las que se puede unir el ADN y que estamos aprendiendo a guiar hasta su destino celular.
Las estrategias terapéuticas en la nanomedicina también tienen aplicación en la última etapa del proceso de sanación: la reparación de los tejidos tras la eliminación del proceso patológico. La destrucción de la infección, la eliminación del tumor o la disolución de los trombos en los vasos sanguíneos requieren un proceso posterior de reparación de las estructuras dañadas. El cuerpo dispone de mecanismos naturales de reparación, pero en muchas ocasiones no se consigue restablecer la normalidad en su totalidad. Por otra parte, existen enfermedades degenerativas en las que la terapia ha de consistir en la reparación de las estructuras dañadas. En algunas situaciones, como en el caso de las enfermedades neurodegenerativas, las estructuras afectadas pueden ser extremadamente delicadas. Restablecer las conexiones nerviosas dañadas por enfermedades como el Alzheimer o los daños cerebrales causados por trombos o hemorragias intracraneales es aún un sueño, pero ya se empiezan a vislumbrar estrategias para guiar el crecimiento de fibras nerviosas de manera que conexiones perdidas se puedan restablecer, al menos parcialmente.

Actualmente ya es posible introducir y dirigir nanosondas metálicas y/o magnéticas a lugares determinados del cuerpo y liberar allí un fármaco o destruir un tejido dañado o detectar una célula maligna. También es posible realizar análisis genéticos personalizados, cirugía endoscópica dirigida telemáticamente y trasplantes de órganos. Además, disponemos de un arsenal farmacológico inimaginable hace pocas décadas. Todos estos avances han contribuido a mejorar nuestra longevidad e incluso a plantearnos sus límites. Si hoy podemos vivir más y en mejores condiciones que ninguna otra generación anterior es gracias a un principio muy sencillo: la aplicación de los últimos avances tecnológicos, de cualquier rama del conocimiento, al ejercicio de la medicina.
Si hay un científico que pueda ser considerado uno de los precursores de la nanotecnología y, con ella, de la nanomedicina, ese es el físico teórico estadounidense Richard Phillips Feynman (1918-1988). No obstante, reducir su aportación a la ciencia únicamente a este campo es hacer poca justicia a una personalidad polifacética e inquieta, capaz de ver más allá de las ecuaciones matemáticas que desarrollaba e intuir todas sus posibilidades teóricas y prácticas.

La posibilidad de disponer de instrumentos de tamaño molecular despertó el inmediato interés de muchos investigadores del campo de la medicina. Pero, cuando hablamos de escala nano, ¿a qué nos referimos concretamente? El ojo humano puede discriminar dos puntos separados por una décima de milímetro. Más allá de ese tamaño ya necesitamos lupas o microscopios para ver objetos de tamaño micrométrico y submicrométrico. El prefijo «micro-» indica que nos referimos a la milésima parte de un milímetro y aunque el nombre correcto es micrómetro, suele usarse el término micra para referirse a este tamaño. Un glóbulo rojo de la sangre mide entre cinco y siete micras, una célula del hígado más de veinte micras y una bacteria puede oscilar entre media micra y cuatro micras. Son tamaños muy pequeños, pero mucho mayores que los valores de trabajo de la nanotecnología: los nanómetros (nm), 1 000 veces más pequeños que los micrómetros y un millón de veces más pequeños que los milímetros. La nanotecnología, en concreto, tiene su rango de acción entre 1 y 100 nm.
No hay duda de que en los próximos años la nanomedicina nos sorprenderá con aplicaciones que hoy apenas somos capaces de imaginar. Por supuesto, en última instancia, un médico será quien decida qué aplicaciones requiere cada paciente y quien verifique el correcto rendimiento de los nanodispositivos a los que confiaremos nuestra salud, pero las tareas rutinarias de comprobar el funcionamiento de nuestros órganos o los procesos de reparación más delicados recaerán en invisibles sistemas que recorrerán el interior de nuestro cuerpo.
El uso de nanopartículas para mejorar el contraste en los medios de obtención de imagen pasa por preparar un recubrimiento biocompatible a base de polímeros que las encapsule. Es el caso de la detección de las placas de ateroma para el diagnóstico de procesos arteroscleróticos. Las placas de ateroma consisten en el depósito y acumulación en las arterias de material lipídico (colesterol y metabolitos relacionados), así como de células relacionadas con los procesos inflamatorios. Este acúmulo tiene lugar entre la capa de células endoteliales y la capa basal muscular donde estas se sustentan. El reclutamiento de las células inflamatorias al interior de la placa tiene lugar por la presencia en la superficie de las células endoteliales afectadas de unas proteínas denominadas moléculas de adhesión que pueden usarse como marcadores. Así, las nanopartículas encapsuladas se adhieren y acumulan en la zona afectada y, como resultan opacas a radiografías e imágenes por resonancia magnética, podrá evaluarse el alcance de las lesiones.

Controlar de manera eficiente el destino final del medicamento.
Ese es precisamente uno de los grandes objetivos que persigue la nanomedicina. Se trata de utilizar nanoestructuras que consigan llevar el fármaco hasta la zona dañada y lo liberen como respuesta a un cierto estímulo, sin que durante su trayecto hasta ese punto haya perdido sus propiedades físico-químicas. El fármaco, además, debe liberarse a una velocidad determinada para que sea realmente efectivo. El modo de conseguir esto puede ser bien controlando la velocidad de degradación de la cápsula que contiene los fármacos, bien el control de ciertas condiciones en la zona dañada, como el pH o la temperatura. La nanomedicina, sin embargo, no se conforma con esto, sino que sobre todo pretende lograr tratamientos que se adapten a las particularidades de cada patología, lo que los haría infinitamente más efectivos que los actuales.
Las lesiones en el cerebro o los daños causados por procesos neurodegenerativos presentan un problema adicional al que ha de hacer frente cualquier tratamiento enfocado a enfermedades relacionadas con el sistema nervioso central. El motivo es que existe una dificultad para que cualquier fármaco alcance la zona dañada debido a la presencia de una estructura llamada barrera hematoencefálica. Esencialmente es un sistema que impermeabiliza los vasos sanguíneos del cerebro de manera que muy pocas moléculas puedan cruzar el límite entre la sangre y la zona encefálica. A diferencia del resto del cuerpo, los capilares sanguíneos que envuelven al cerebro no presentan fenestraciones ni poros por donde las diferentes moléculas pueden abandonar el torrente circulatorio y alcanzar las células de los tejidos circundantes. El cerebro es un órgano demasiado delicado y, en condiciones normales, tan solo un pequeño grupo de moléculas puede llegar a su interior gracias a unas proteínas situadas en las paredes de los vasos sanguíneos cerebrales y que actúan como sistemas de transporte específicos. Esto hace que muchos tratamientos no sean efectivos simplemente porque no son reconocidos por los transportadores y no consiguen llegar hasta la zona dañada del cerebro.
En definitiva, la combinación de la nanotecnología con las técnicas de terapia celular está abriendo la puerta a posibilidades de reparación impensables hace solo un par de décadas. Aunque en muchos casos se trata de estudios experimentales que aún no están en fase clínica, en los próximos años veremos cómo muchos de ellos pasan a formar parte del arsenal de herramientas disponibles para la regeneración de órganos y tejidos.

Aun sin llegar a esa frontera final de la medicina que es la abolición del envejecimiento, la nanomedicina presentaría una precisión y una eficiencia inigualables. Ningún cirujano equipado con ningún bisturí podrá siquiera acercarse a la precisión que podrá conseguir un nanobot de tamaño molecular. Ningún fármaco antitumoral ofrecerá mejor rendimiento que aquel que sea transportado específicamente al interior del tumor de manera que ejerza su efecto citotóxico únicamente allí.
Disponer de herramientas moleculares abre la puerta a luchar contra las enfermedades al mismo nivel en el que se producen, a la escala celular y molecular. Hoy en día empezamos a entrever las posibilidades de la nanomedicina y el sentimiento que nos despierta oscila entre la incredulidad y el vértigo. En otras ocasiones a lo largo de la historia han tenido lugar avances que marcaron un antes y un después, pero normalmente eran avances en campos determinados; trasplantes, antibióticos, anestesia, genómica… En esta ocasión, en cambio, estamos asistiendo a un avance que afectará a todos los campos de la medicina con potencial para transformar prácticamente todas sus especialidades.

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A brief book as well as didactic and deserves to be read.
Repairing genetic diseases requires introducing corrected versions of faulty genes into cells. In practice, this involves designing systems that allow specific fragments of DNA (the molecule that contains genetic information) to be transported safely to the appropriate cells and to get this genetic material through the membrane and into the nucleus. To achieve this, systems based on carbon nanotubes are being developed, structures to which DNA can bind and that we are learning to guide to its cellular destination.
Therapeutic strategies in nanomedicine also have application in the last stage of the healing process: the repair of tissues after the elimination of the pathological process. The destruction of the infection, the removal of the tumor or the dissolution of the thrombi in the blood vessels require a subsequent process of repair of the damaged structures. The body has natural repair mechanisms, but in many cases it is not possible to restore normality in its entirety. On the other hand, there are degenerative diseases in which therapy must consist of the repair of damaged structures. In some situations, as in the case of neurodegenerative diseases, the affected structures can be extremely delicate. Restoring nerve connections damaged by diseases such as Alzheimer’s or brain damage caused by thrombi or intracranial hemorrhages is still a dream, but strategies are already beginning to be envisioned to guide the growth of nerve fibers so that lost connections can be restored, at least partially.

Nowadays, it is already possible to introduce and direct metallic and / or magnetic nanoprobes to certain places in the body and release a drug there or destroy damaged tissue or detect a malignant cell. Custom genetic testing, telematically directed endoscopic surgery, and organ transplants are also possible. In addition, we have a pharmacological arsenal unimaginable a few decades ago. All these advances have contributed to improve our longevity and even to consider its limits. If today we can live longer and in better conditions than any previous generation, it is thanks to a very simple principle: the application of the latest technological advances, from any branch of knowledge, to the practice of medicine.
If there is a scientist who can be considered one of the precursors of nanotechnology and, with it, of nanomedicine, it is the American theoretical physicist Richard Phillips Feynman (1918-1988). However, reducing his contribution to science only to this field is doing little justice to a multifaceted and restless personality, capable of seeing beyond the mathematical equations that he developed and intuiting all the theoretical and practical possibilities of him.

The possibility of having instruments of molecular size aroused the immediate interest of many researchers in the field of medicine. But, when we talk about the nano scale, what do we mean specifically? The human eye can discriminate two points separated by a tenth of a millimeter. Beyond that size we already need magnifying glasses or microscopes to see micrometric and submicrometric objects. The prefix “micro-” indicates that we are referring to one thousandth of a millimeter and although the correct name is micrometer, the term micron is often used to refer to this size. A red blood cell is between five and seven microns, a liver cell is more than twenty microns, and a bacterium can range from half a micron to four microns. They are very small sizes, but much larger than the working values of nanotechnology: nanometers (nm), 1,000 times smaller than micrometers and a million times smaller than millimeters. Nanotechnology, in particular, has its range of action between 1 and 100 nm.
There is no doubt that in the coming years nanomedicine will surprise us with applications that we are barely able to imagine today. Of course, ultimately, a doctor will be the one who decides what applications each patient requires and who verifies the correct performance of the nanodevices to which we will entrust our health, but the routine tasks of checking the functioning of our organs or the repair processes more delicate will relapse into invisible systems that will travel the interior of our body.
The use of nanoparticles to improve contrast in imaging media involves preparing a biocompatible polymer-based coating that encapsulates them. This is the case of the detection of atheroma plaques for the diagnosis of atherosclerotic processes. Atheroma plaques consist of the deposit and accumulation in the arteries of lipid material (cholesterol and related metabolites), as well as cells related to inflammatory processes. This accumulation takes place between the endothelial cell layer and the basal muscle layer where they are supported. The recruitment of inflammatory cells into the plaque takes place by the presence on the surface of the affected endothelial cells of proteins called adhesion molecules that can be used as markers. Thus, the encapsulated nanoparticles adhere and accumulate in the affected area and, as they are opaque on radiographs and magnetic resonance images, the extent of the lesions can be evaluated.

Efficiently control the final destination of the drug.
That is precisely one of the great objectives pursued by nanomedicine. It is about using nanostructures that manage to carry the drug to the damaged area and release it in response to a certain stimulus, without losing its physicochemical properties during its journey to that point. In addition, the drug must be released at a certain rate to be truly effective. The way to achieve this can be either by controlling the rate of degradation of the capsule containing the drugs, or by controlling certain conditions in the damaged area, such as pH or temperature. Nanomedicine, however, does not settle for this, but above all seeks to achieve treatments that are adapted to the particularities of each pathology, which would make them infinitely more effective than the current ones.
Injuries to the brain or damage caused by neurodegenerative processes present an additional problem that any treatment focused on diseases related to the central nervous system has to face. The reason is that there is a difficulty for any drug to reach the damaged area due to the presence of a structure called the blood-brain barrier. Essentially it is a system that waterproofs the blood vessels of the brain so that very few molecules can cross the border between the blood and the brain area. Unlike the rest of the body, the blood capillaries that surround the brain do not have fenestrations or pores through which the different molecules can leave the bloodstream and reach the cells of the surrounding tissues. The brain is too delicate an organ and, under normal conditions, only a small group of molecules can reach its interior thanks to proteins located on the walls of the cerebral blood vessels and which act as specific transport systems. This makes many treatments ineffective simply because they are not recognized by transporters and cannot reach the damaged area of the brain.
In short, the combination of nanotechnology with cell therapy techniques is opening the door to possibilities for repair that were unthinkable just a couple of decades ago. Although in many cases these are experimental studies that are not yet in the clinical phase, in the coming years we will see how many of them become part of the arsenal of tools available for the regeneration of organs and tissues.

Even without reaching that final frontier of medicine that is the abolition of aging, nanomedicine would present unmatched precision and efficiency. No surgeon equipped with any scalpel will ever come close to the precision that a molecular-sized nanobot can achieve. No antitumor drug will perform better than one that is specifically transported into the tumor so that it exerts its cytotoxic effect only there.
Having molecular tools opens the door to fight diseases at the same level at which they occur, at the cellular and molecular scale. Today we begin to glimpse the possibilities of nanomedicine and the feeling that awakens us oscillates between disbelief and vertigo. On other occasions throughout history, advances have taken place that marked a before and after, but normally they were advances in specific fields; transplants, antibiotics, anesthesia, genomics … On this occasion, however, we are witnessing an advance that will affect all fields of medicine with the potential to transform practically all its specialties.