Originalmente publicado en inglés por Hattie Ring
Publicado el 11 de Septiembre 2015
Traducio por Mariah Dooley, Editado por Curtis Green

«Quiero ingerir partículas de nano-oro como experimento para ver si realmente convierte a tu cerebro en un hiperprocesador».

–Pregunta presentada por un lector de Nano Sostenible

Como químico, me encojo ante la idea de beber nanopartículas (o cualquier cosa) de un cubilete en el laboratorio. De hecho, mi respuesta instintiva a su pregunta fue «¡NO LO HAGAS!». Sin embargo, muchas nanopartículas están aprobadas por la FDA y se usan con propósitos médicos, la mayoría de las cuales se inyectan; algunos también están aprobados para su ingestión como aditivos alimentarios.¹ También hay muchos más candidatos con esperanzas para el diagnóstico médico y la terapéutica en desarrollo, a la espera de nuevas pruebas y aprobación. Es importante reconocer que el desarrollo de fármacos, con moléculas pequeñas o nanopartículas, requiere muchos puntos de referencia largos y costosos antes de intentar ensayos clínicos con humanos.^2,3

El uso de nanopartículas de oro para crear un microprocesador sin equipo especializado parece un gran proyecto de investigación por sí mismo, pero ¿qué pasaría si asumiéramos que el problema técnico se resolvió? En este escenario de ciencia ficción, aún te encontrarás con los mismos desafíos que muchos otros científicos que trabajan con nanopartículas para aplicaciones medicinales. Crear una nanopartícula con ciertas propiedades deseadas puede ser fácil en la mesa de trabajo donde controlas el entorno de tu nanopartícula, pero en el complejo entorno del cuerpo todo se vuelve más complicado. Debes hacer nuevas consideraciones para mantener estable su nanopartícula, llevarla a la ubicación correcta en el cuerpo y evitar los efectos secundarios no deseados, todo mientras mantener su función original.

Por ahora, consideremos la posibilidad de obtener nanopartículas para el cerebro. Si se ingieren al comer o beber, luego deberán salir de la vía digestiva y pasar al torrente sanguíneo, y luego, de alguna manera, ingresar y permanecer en el cerebro. Las nanopartículas de oro son realmente una buena opción para ingerir, porque son lo suficientemente resistentes como para no degradarse por el ácido del estómago o las enzimas de la saliva. Y potencialmente pueden llegar al torrente sanguíneo: los estudios con nanopartículas de oro han indicado que se absorben principalmente a través del intestino y que las nanopartículas más pequeñas (4 nm) se absorben más fácilmente en el torrente sanguíneo.⁴

Una vez que las nanopartículas están en la sangre, las cosas pueden ser más complicadas: las partículas aún tienen que llegar al cerebro, pero a diferencia de otros órganos, el cerebro tiene una barrera protectora llamada barrera hematoencefálica. La barrera hematoencefálica es una membrana que solo permite que proteínas específicas y moléculas pequeñas, como oxígeno y nutrientes, viajen de los vasos sanguíneos al cerebro.⁵ Esta barrera está destinada a evitar que las bacterias (y por lo tanto las infecciones) ingresen al cerebro. Normalmente, las nanopartículas no se permitirían a través de la barrera hematoencefálica, pero los investigadores han descubierto varios recubrimientos que se pueden aplicar al exterior de las nanopartículas y fármacos que aumentan enormemente la absorción en el cerebro.⁶

¡Pero espera! Antes de que puedas celebrar la obtención de tus nanopartículas de microprocesador de ciencia ficción en el cerebro, aún debes considerar la exposición involuntaria de las nanopartículas a otros órganos. Mientras las nanopartículas en el torrente sanguíneo se transportan al cerebro, también están expuestas a todos los demás órganos del cuerpo. Los investigadores médicos actualmente están explorando una variedad de métodos para evitar este problema, de modo que las nanopartículas solo interactúen con el tejido objetivo específico (en este caso el cerebro). Sin embargo, los métodos de selección no son perfectos y algunos órganos no dirigidos todavía tomarán nanopartículas. Esto es especialmente cierto para los órganos que son parte del sistema de defensa natural del cuerpo, el sistema inmune.

Incluso si tus nanopartículas van exactamente donde se supone que deben ir, eventualmente serán eliminadas por el sistema de eliminación de desechos de tu cuerpo. Si las nanopartículas son lo suficientemente pequeñas (<5nm), saldrán por los riñones y el tracto urinario.⁸ Este proceso es bastante rápido, probablemente en cuestión de días. Si las nanopartículas son más grandes, típicamente se eliminan a través del hígado y el bazo, a través de la bilis (es decir, excremento). Finalmente, es probable que una pequeña cantidad de nanopartículas quede atrás por el sistema de eliminación de residuos y permanezca en el cuerpo. Aunque las nanopartículas de oro generalmente se consideran no tóxicas, no se descomponen fácilmente en el cuerpo y existe la preocupación de que la exposición prolongada (meses) podría causar daño al hígado o al bazo.⁹

En conclusión, no recomiendo ingerir nanopartículas de oro, ¡incluso si pudieras hacer microprocesadores con ellas! Sin embargo, las nanopartículas de oro tienen características que las convierten en una buena opción para estudios clínicos. De hecho, hay muchos estudios que se están realizando sobre sus aplicaciones medicinales, principalmente enfocados en identificar tejidos cancerosos. Por ejemplo Aurimmune, una terapia potencial para el cáncer de cabeza y cuello. Los posibles efectos secundarios para los órganos con captación involuntaria de nanopartículas, como el hígado, los riñones y el bazo, aún deben ser entendidos antes de que esta nueva tecnología se pueda aplicar en la clínica.³

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RECURSOS EDUCATIVOS (en inglés):

• Neuroscience for Kids: The Blood-Brain Barrier: “Keep Out”
• “Battling Cancer with Nanotechnology” Video from NISE Network. (Intended for ages 11-adult.)

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REFERENCIAS

1. S. Food & Drug Administration. Nanotechnology Fact Sheet, 2015.
2. Tufts Center for the Study of Drug Development. Cost to Develop and Win Marketing Approval for a New Drug is $2.6 Billion.
3. Pillai, G. Nanomedicines for Cancer Therapy: An update of FDA Approved and Those under Various Stages of Development. SOJ Pharmacy & Pharmaceutical Sciences, 2014. 1(2) 1-13.
4. Hillyer, J.F. and R.M. Albrecht. Gastrointestinal persorption and tissue distribution of differently sized colloidal gold nanoparticles.Journal of Pharmaceutical Sciences, 2001. 90(12) 1927-1936. doi: 1002/jps.1143
5. Jain, K.K. Nanobiotechnology-Based Strategies for Crossing the Blood-Brain Barrier.Nanomedicine, 2012. 7(8)1225-1233. doi: 2217/nnm.12.86
6. Silva, G.A. Nanotechnology approaches to crossing the blood-brain barrier and drug delivery to the CNS. BMC Neuroscience, 2008. 9,  doi: 10.1186/1471-2202-9-S3-S4
7. Friedman, A.D., S.E. Claypool, & R. Liu. The Smart Targeting of Nanoparticles.Current Pharmaceutical Design, 2013. 19(35) 6315-6329. PMCID: PMC4016770
8. Longmire, M.R., Ogawa, M., Choyke, P., & Kobayashi, H. Biologically Optimized Nanosized Molecules and Particles: More than Just Size.Bioconjugate Chemistry, 2011. 22(6) 993-1000. doi: 1021/bc200111p
9. Khlebtsov, N. & Dykman, L. Biodistribution and toxicity of engineered gold nanoparticles: a review of in vitro and in vivo studies.Chemical Society Reviews, 2011. 40(3): p. 1647-1671. doi: 1039/C0CS00018C