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| NANOTECNOLOGIA |
| Robots del tamaño de una molécula podrán rastrear el organismo en busca de una lesión para reparar |
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MYRIAM LOPEZ BLANCO
En «Viaje Alucinante», una película de los años sesenta, unos científicos soviéticos descubren la tecnología para reducir la materia. Miniaturizan a un equipo de médicos a bordo de un submarino y los introducen en el torrente sanguíneo de una persona.
Más tarde, en los ochenta, «El Chip Prodigioso» repetía una historia muy parecida, que también representa un sueño para la medicina: especialistas entrando en el organismo para revisar y reparar los daños que causan las enfermedades, los accidentes y el envejecimiento. Esto es pura ciencia-ficción, pero en el mundo real se está tratando de lograr algo muy parecido. Reducir personas no está en los planes de los científicos, pero sí fabricar ordenadores tan pequeños que cabrían varios cientos de ellos en el interior de una célula, y que serán capaces de rastrear el organismo para reparar lesiones, atacar a virus y bacterias o eliminar a las células cancerosas.
Los motores de estas máquinas estarán construidos por ingenieros y no serán más grandes que una diminuta molécula de proteína. La nueva ciencia se llama nanotecnología y está en sus inicios, pero se anuncia como la revolución de la medicina. Por este motivo, Bill Clinton acaba de anunciar un aumento espectacular del presupuesto para la investigación en este campo.
A finales de los años cincuenta, el premio Nobel de física Richard Feynman dijo una frase que anunciaba la nanotecnología: «Los principios de la física, por lo menos hasta donde yo sé, no dicen que sea imposible manipular las cosas átomo a átomo». Eso es, precisamente, lo que hacen los nanotecnólogos, trabajar a escalas tan pequeñas como los átomos. De hecho, los utilizan como materia prima. Con ellos, construyen máquinas inteligentes que sólo pueden verse con ayuda de potentes microscopios. Tal y como dice Karl K. Darrow en su libro The renaissance of Physics: «Una de las cosas que nos distingue de las anteriores generaciones es que hemos visto los átomos».
EL ATOMO
El diámetro de un átomo es la cuarta parte de un nanómetro, y un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro.
Para comparar, el grosor de un pelo es de unos 10.000 nanómetros, y el aparato electrónico experimental más pequeño de cuantos se han construido hasta ahora mide apenas 10 nanómetros. El chip más reducido del mercado es de unos 200 nanómetros.
«Hoy, los ordenadores dependen de la microelectrónica. Hemos conseguido llegar a este punto en los últimos 20 años, así que, en las próximas dos décadas conseguiremos pasar de micro a nano», dijo a SALUD el doctor Meyya Meyyappan, director de Proyecto para Nanotecnología de la NASA, en California (EEUU).
HERRAMIENTAS
A principios del siglo XX, los átomos eran algo teórico. Había pruebas muy fiables de su existencia, pero ¿cómo podía asegurarse si nadie los había visto jamás? Hoy, no sólo pueden verse sino que se pueden mover, cambiar de sitio y construir cosas con ellos.
En las últimas dos décadas, se han desarrollado instrumentos que sirven al investigador como ojos, manos y brazos para trabajar a escalas tan minúsculas. Uno de las herramientas fundamentales es el microscopio de efecto túnel. Con él se está tratando de crear estructuras funcionales para distintos usos en medicina.
La tecnología del chip de silicio, la habilidad de fabricar cosas a tamaños menores de 100 nanómetros y los microscopios son la combinación necesaria para que se inicie la revolución biomédica de la nanotecnología. «Se construirán aparatos, sistemas, etcétera, desde abajo, ensamblándolos, montándolos a partir de átomos y moléculas», dice el doctor Meyyappan. «Esto permitirá crear materiales especialmente diseñados para que tengan unas determinadas propiedades y para que cumplan lasfunciones deseadas».
EL CUERPO
Para comprender lo que la nanotecnología puede hacer por la medicina hay que mirar el organismo desde el punto de vista molecular. El cuerpo humano está hecho de átomos y moléculas. Funciona de una forma asombrosa, con sistemas tan complicados que todavía no se comprenden, pero también puede haber fallos.
«El enfermo, el anciano y el herido sufren una desorganización de los átomos, por causa de un virus, del paso del tiempo o por un accidente de coche», escribe Eric Drexler en el capítulo siete de su obra Engines of Creation. «Habrá aparatos capaces de reorganizar los átomos y colocarlos en su lugar. La nanotecnología supondrá una importante revolución para la medicina».
HOY
En estos momentos, la medicina confía en los fármacos y en la cirugía para tratar las enfermedades, pero, incluso, el mejor de los cirujanos es incapaz de reparar una célula o una molécula. «Desde la perspectiva de una célula, incluso la cirugía más delicada, realizada con bisturís muy finos y con la mejor destreza, sigue siendo un trabajo de carnicero», dice el doctor Drexler.
La terapia farmacológica, al contrario que la cirugía, funciona de una manera más específica, interfiriendo con pequeñas estructuras de las células, como los receptores. Interactúa con ellos y provoca una cascada de reacciones determinadas que, en último término, consigue, por ejemplo, aliviar el dolor.
En cierta manera, las moléculas de las que están hechos los fármacos son una especie de aparatos minúsculos parecidos a los que fabrican los ingenieros moleculares, pero son infinitamente más simples. La diferencia es que los fármacos trabajan al azar, sin que nadie ni nada los dirija. Viajan a través de los fluídos corporales y esperan a encontrarse una molécula diana, con la que encajan como una llave en una cerradura, y a la que se unen para provocar una reacción específica.
La nanotecnología, en cambio, ofrece posibilidades muy distintas. Las máquinas moleculares están dirigidas por nanoordenadores. Combinarán sensores, programas, y herramientas moleculares para crear sistemas capaces de examinar y reparar las células. «Los biólogos ya están utilizando anticuerpos para marcar proteínas, enzimas para cortar ADN y jeringuillas virales (como el fago T4) para inyectar ADN en bacterias», dice Drexler. «En el futuro, utilizarán nanomáquinas construidas por ensamblaje de unidades para revisar las células y modificarlas».
Serán como minúsculos médicos robots que entrarán al torrente sanguíneo y rastrearán el organismo en busca de alteraciones. Tendrán tamaños comparables a la bacterias y a los virus. Drexler las compara con mecánicos de automóvil. «Para reparar un coche, un mecánico se dirige primero al montaje que falla, lo identifica y saca las partes que no funcionan y, por último, las reconstruye o las reemplaza», dice. «La reparación celular implicará las mismas funciones básicas, tareas que los organismos vivos ya han demostrado que son posibles».
Los nanotecnólogos se inspiran en la naturaleza para crear estas máquinas. Un ejemplo: en el estómago hay unas máquinas moleculares, a las que llamamos enzimas, que son capaces de triturar moléculas complejas procedentes de la comida que ingerimos para convertirlas en moléculas más pequeñas, que se usan como fuente de energía. Al mismo tiempo, hay otros sistemas moleculares en el tracto digestivo preparados para transportar moléculas útiles a través de la sangre.
Otro ejemplo de función natural que ha inspirado a los tecnólogos: Hay bacterias que se mueven girando una especie de propulsor en forma de sacacorchos. «Si se pudiesen construir coches impulsados con estos motores, cabrían varios billones de billones en el bolsillo», escribe Drexler.
Y, a propósito de coches, hace unos años, la CNN mostraba un vídeo del coche más pequeño del mundo. Era australiano, medía cinco milímetros y circulaba alrededor de una moneda de 10 centavos a 0,36 kilómetros por hora.
El pequeño vehículo mostraba lo que la miniaturización de motores ya es capaz de conseguir.
A parte del propulsor en forma de sacacorchos de la bacteria, la naturaleza tiene una infinidad de ejemplos que confirman que las nanomáquinas son posibles. Drexler pone algunos ejemplos: -Acceso. Los glóbulos blancos abandonan la circulación sanguínea y se mueven por el tejido. Los virus penetran en las células. Incluso se ha visto que se puede pinchar una célula para acceder a su interior sin matarla. Esto demuestra que las máquinas moleculares podrían, igualmente, llegar hasta las células y entrar en ellas.
-Reconocimiento. Los anticuerpos (y todas las interacciones bioquímicas específicas) demuestran que un sistema molecular es capaz de reconocer a otras moléculas por el contacto.
-Desmontaje. Los enzimas digestivos muestran que también son capaces de deshacer moléculas dañadas.
-Reconstrucción. Las células que se replican muestran que los sistemas moleculares pueden construir y reconstruir cada una de las moléculas que se encuentran en el interior de una célula.
-Auto-montaje. La naturaleza también enseña que las moléculas separadas pueden volver a reunirse. Por ejemplo, el fago T4 es capaz de montarse en una disolución. Esto sugiere que podrían construirse máquinas moleculares capaces de configurarse de forma autónoma.
NANOMAQUINAS
¿Cómo serán? ¿De qué estarán hechas? Según el investigador Robert Freitas, autor del libro Nanomedicine, el carbono será el principal elemento que constituirá los nanorobots. Muchos otros componentes, como el hidrógeno, el azufre, el oxígeno, el nitrógeno, el silicio, etcétera, se utilizarán con propósitos especiales, para fabricar los engranajes y otros componentes del sistema.
Puede que muchas de estas minúsculas máquinas estén hechas de ADN y que no tengan nada que ver con la idea que todo el mundo tiene de los robots. Un equipo de la Universidad de Nueva York (EEUU), dirigido por el doctor Nadrian Seeman, anunció recientemente que habían logrado algo que podría denominarse «un prototipo de nanomáquina, hecho con cadenas de ADN sintético». La investigación se publicó en un Nature de enero del año pasado. El aparato tiene dos brazos rígidos y puede moverse, rotando entre dos posiciones fijas. Según Seeman, «a corto plazo, éste es un logro tecnológico muy importante y, a largo plazo, este trabajo tendrá implicaciones en el desarrollo de robots a nanoescala y en la fabricación a nivel molecular».
UN EJEMPLO
Un ejemplo de nanorobot médico es el respirocito, una especie de glóbulo rojo artificial que ha sido diseñado por el doctor Freitas. El respirocito mide una micra e imita la acción de la hemoglobina natural que se encuentra en el interior de estas células sanguíneas, pero puede liberar una cantidad 236 veces mayor de oxígeno por unidad de volumen que un glóbulo rojo natural. «Los respirocitos llevarán sensores de presión para recibir señales acústicas del médico, que utilizará un aparato transmisor de ultrasonidos para darles órdenes con el fin de que modifiquen su comportamiento mientras están en el interior del cuerpo del paciente», escribe Freitas. «Por ejemplo, el médico puede hacer que los respirocitos simplemente dejen de bombear y permanezcan inactivos, y, más tarde, pueden volver a ponerlos en marcha».
EL TRATAMIENTO
¿Cómo será la terapia con nanorobots? Un típico tratamiento, por ejemplo, para combatir virus y bacterias consistirá en una inyección o quizás unos pocos centímetros cúbicos de nanorobots suspendidos en un fluido (probablemente una suspensión salina o de agua). La típica dosis terapéutica podría incluir entre uno y 100 trillones de nanorobots.
«Estas máquinas harán exactamente lo que el médico les diga que hagan, así que el único cambio que se verá en el paciente es que se recuperará rápidamente», escribe Freitas. «Muchos síntomas como la fiebre o los picores tienen causas bioquímicas específicas que también pueden manejarse, reducirse, y eliminarse inyectando los nanorobots adecuados».
ELIMINACIÓN
¿Cómo se eliminarán del organismo los nanorobots después de que hayan acabado su trabajo? Algunos de ellos se desecharán del cuerpo por las vías usuales de excreción. Otros se diseñarán para que el médico los extraiga con procesos parecidos a la aféresis (infusión de la sangre del propio paciente después de haber sacado algunos elementos).
REPLICACIÓN
Los nanorobots no necesitan replicarse. De hecho, «es muy poco probable que la FDA (o su futuro equivalente) apruebe para uso general un aparato médico que sea capaz de replicarse in vivo», escribe el doctor Freitas. «Excepto en la más atípica de las circunstancias, no es deseable tener algo que pueda replicarse y multiplicarse en el cuerpo humano. Las bacterias ya son suficiente problema». No obstante, la replicación es un requisito básico para la fabricación molecular. Pero, en este caso, los replicantes estarán regulados por los gobiernos de todo el mundo.
PELIGRO
La incompetencia o negligencia del médico siempre preocupan, pero, según Freitas, en el área nanomédica, ese tipo de accidentes deberían ser infrecuentes. En teoría, el control de los nanorobots que funcionan dentro del cuerpo no se pierde. El médico supervisor, después de observar un fallo, simplemente puede desconectar los aparatos para evitar un supuesto comportamiento inapropiado.
¿CIENCIA FICCIÓN?
Todavía no hay ningún nanorobot en funcionamiento, aunque sí muchos diseños teóricos propuestos. «La nanotecnología no es ciencia ficción, es realidad», dice el doctor Meyyappan. «Está basada en principios fundamentales de la biología, pero hay que tener en cuenta que acaba de empezar y que nos queda un largo camino por recorrer».
Meyyappan pone el ejemplo de Internet. «Todo el mundo lo utiliza ahora y se maravilla de sus posibilidades, pero la Red empezó a crearse hace 30 años», dice. Así, los beneficios de la nanotecnología no se verán hasta dentro de 20 años.
FUTURO
>br> «La nanomedicina eliminará todas las enfermedades del siglo XX, todo el dolor y todo el sufrimiento», escribe el doctor Freitas. «Pero quizás el mayor beneficio a largo plazo para la sociedad podría ser una nueva era de paz.
Podríamos esperar que las personas que estén bien alimentadas, bien vestidas, bien cobijadas y que hayan recibido una buena educación, sean felices y estén sanas no tengan motivación para la guerra».
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