Combinando lo viejo con lo nuevo: usando nanotecnología para mejorar medicinas antiguas

Científico Nano

Originalmente publicado en inglés
Publicado el 16 de agosto del 2019
Traducido por Lissett G. Diaz,
Editado por Wilanyi R. Alvarez Reyes y Regina González Lona

Pasas por delante de una tienda de productos para el cuerpo en un viaje de compras de fin de semana e inmediatamente te sorprende la fragancia, tu nariz saturada de aromas florales, azucarados y tropicales. Integrado por la promesa de una venta de velas, se aventura y examina los jabones, las brumas, y la velas. Unas diez muestras gratuitas más tarde, encontrará algunos productos etiquetados como “aromaterapia”: mezclas de lavanda con efectos calmantes, eucalipto para aliviar el estrés, mental para concentrarse…y la lista continúa. Estos reclamos tienen alguna base científica: los químicos dentro de estos productos, llamados aceites esenciales, no solo afectan los aspectos mentales de la salud, sino que también se usan como antimicrobianos para protegerse de las bacterias y otras plagas diminutas. Y estas propiedades se pueden mejorar aún más con, adivina, ¡la nanotecnología! 

Los aceites esenciales huelen muy bien y tienen propiedades
químicas interesantes (foto de Cosiela B.)

Los aceites esenciales son compuestos producidos por varias plantas para defenderse de los insectos y hongos que se alimentan de plantas y para atraer polinizadores amigables. Estos aceites tienen fuertes olores característicos, debido en parte a su volatilidad. Los compuestos volátiles tienden a evaporarse en el aire, donde pueden interactuar fácilmente con los receptores de la nariz.1 Estos aceites denominados “quinteasceniales” por Paracelsus von Hohenheim en el siglo XVI,2 se han implementado como productos farmacéuticos naturales durante miles de años, con registros conocidos del antiguo Egipto, China e India.3 Hoy en día, estos compuestos se utilizan en diversas industrias, incluidas la agricultura, la farmacéutica, la cosmética, la sanidad y la alimentación. 

Si bien no recomendaría el uso de aceites esenciales como reemplazo de la medicina moderna (no están regulados por la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos y no se someten a las mismas pruebas rigurosas requeridas para los productos farmacéuticos típicos,4) las investigaciones actuales respaldan varias propiedades medicinales de algunos aceites. Por ejemplo, se ha demostrado que la lavanda influye en el sistema nervioso central con un efecto sedante, y el romero ayuda a la indigestión a través de la actividad en el tracto digestivo.3

Una de las características más notables de algunos aceites esenciales, como el orégano, la lavanda, la albahaca y la menta, es que tienen propiedades antimicrobianas.5 En una época en la que la resistencia bacteriana a los antibióticos es un problema pública importante,6 los investigadores se centran especialmente en estas propiedades como alternativa o ayuda a los antibióticos. Las propiedades antimicrobianas de aceites esenciales también los hacen populares en la industria alimentaria como conservantes no sintéticos.5

Entonces, ¿cómo combaten los aceites esenciales las bacterias? Si bien el mecanismo exacto varía entre los diferentes tipos de bacterias y aceites esenciales, generalmente los aceites puden alterar las membranas celulares de la bacteria. Los aceites esenciales son hidrofóbicos y evitan el agua, un efecto que también se puede ver cuando mezclas aceite de cocina y agua:

El aceite de cocina es una sustancia
 hidrófoba muy familiar: la mayoría de
las veces no se mezcla fácilmente con 
agua (imagen de Victor Blacus)

Las membranas celulares de las bacterias están hechas de lípidos (un gran componente molecular del aceite) y también son hidrofóbicas. Dado que “lo similar atrae a lo similar”, esos lípidos de membrana atraen las moléculas del aceite esencial. Una vez en la membrana, el aceite puede interactuar con las proteínas de la superficie, evitando que funcionen correctamente. Los aceites también pueden pasar a través de la membrana, alterando la permeabilidad de la célula al dañarla y formar fugas, los que eventualmente puede causar la muerte.5,7

Dado que los aceites esenciales y las membranas celulares bacterianas 
son hidrófobas, el aceite esencial puede alterar la función de una membrana 
celular y provocar fugas, a diferencia del agua, que es hidrófila y no puede 
atravesar la membrana. (imagen de Larissa Davis)

Como recordará, hay dos tipos diferentes de membranas bacterianas: gram positivas y gram negativas. Dado que las bacterias gram negativas tienen una membrana externa adicional que ayuda a proteger la célula, no son tan susceptibles a los efectos de los aceites esenciales como las bacterias gram positivas que no tienen una membrana externa adicional.5,7

Desafortunadamente, aunque los aceites esenciales pueden ser efectivos contra las bacterias, no son perfectos. A menudo son sensibles al medio ambiente y se descomponen cuando se exponen al oxígeno, la luz, la humedad y el calor, lo que no es ideal para su uso en productos cotidianos. Como son hidrofóbicos, tampoco se mezclan bien con productos a base de agua. Pero resulta que muchos de estos problemas pueden resolverse usando nanotecnología.5

Una técnica es la nanoencapsulación. Al igual que usa un abrigo en invierno para protegerse del frío y la nieve, la nanoencapsulación cubre una gota de aceite de tamaño nanómetro para protegerla de su entorno. Esta capa se puede fabricar con una variedad de materiales y evita la exposición y la evaporación, lo que aumenta la vida útil de aceite. Las capas hidrofóbicas también pueden hacer que el agua evitando el aceite tenga más probabilidades de interactuar con el agua, lo que le permite dispersarse de manera más uniforme en algunos alimentos, medicamentos, y otros productos. Los aceites esenciales pueden incluso encapsularse en otros materiales antimicrobianos como nanopartículas de plata, que trabajan con el aceite esencial para mejorar su poder para combatir las bacterias.5

La nano emulsión también se puede usar para distribuir uniformemente los aceites esenciales. Si pones una piedra en una jarra con agua, la piedra quedará como un gran trozo en el fondo de la jarra. Sin embargo, si primero triturar la roca hasta convertirla en arena antes de ponerla en el agua, se puede mezclar fácilmente. Esto es lo mismo para el aceite: una gota grande no se mezclará con el agua, pero si esa gota se mezcla en gotas de tamaño nanómetro a través de una nano emulsión, se dispersarán por todo el lípido. Esta técnica es popular en los alimentos para aumentar la posibilidad de que el aceite esencial se encuentre con microbios peligrosos y molestos, sin cambiar el color o el sabor del producto.8 Las gotas más pequeñas también permiten que el aceite entre en contacto más cercano con las membrana bacterianas.5

La roca no puede dispersarse por el agua, ¡pero la arena sí! El aceite 
Nanoemulsionado es como la arena, mientras que una gota de aceite típica es como 
la roca (imagen de Larissa Davis).

Aunque la nanoencapsulación de aceite es todavía nueva en la industria alimentaria, se ha descubierto que tanto el aceite de tomillo como el de canela encapsulados retrasan el deterioro de la carne refrigerada.8 Las grandes empresas de la industria cosmética, como L’Oréal y Lancôme, también han implementado la nanoencapsulación y la nano emulsión para su uso en productos para la piel y el cabello.9 El creciente número de patentes de nanoemulsiones de aceite en todo el mundo sugiere que la nanotecnología de aceites esenciales seguirá desarrollándose e implementando.8

Entonces, cuando llegues a casa después de gastar mucho y te untes una loción de aceite de lavanda, eucalipto y menta (sí, los tres. La vida es caótica y, a veces, necesitas toda la ayuda que puedas obtener), recuerda que solo porque una ciencia es antigua, no significa que no valga la pena seguir investigando y desarrollando. Aunque los humanos han estado aprovechando los aceites esenciales durante al menos un milenio, la investigación y las nuevas tecnologías continúan mejorando su eficacia y adaptándolos a nuestras necesidades actuales. 

Recursos Educativos

  • TeachSecondary.com: Aceite Esencial (plan de lecciones de la escuela secundaria)

Referencias

  1. Bakkali, F. et al. Biological effects of essential oils—A review. Food and Chemical Toxicology. 2008, 46(2):446-475. Doi: 10.1016/j.fct.2007.09.106
  2. Edris, A. E. Pharmaceutical and therapeutic potentials of essential oils and their individual volatile constituents: A review. Phytotherapy Research. 2007, 21:308-323. Doi: 10.1002/ptr.2072
  3. Ali, B.; Al-Wabel, N.A.; Shams, S.; Ahamad, A.; Khan, S.A.; Anwar, F. Essential oils used in aromatherapy: A systemic review. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine. 2015, 5(8): 601-611. Doi: 10.1016/j.apjtb.2015.05.007
  4. Patrick, Mike. A Doctor’s take on Essential Oils. 700 Children’s Blog. Nationwide Children’s Hospital, June 4, 2015. 
  5. Chouhan, S. et al. Antimicrobial activity of some essential oils—Present status and future perspectives. Medicines. 2017, 4(3): 58. Doi: 10.3390/medicines4030058. 
  6. U.S Department of Health & Human Services. Centers for Disease Control and Prevention: Antibiotic/Antimicrobial Resistance (AR/AMR). (accessed June 28, 2019)
  7. Nazzaro, F. et al. Effect of Essential Oils on Pathogenic Bacteria. Pharmaceuticals. 2013, 6(12): 1451-1474. Doi: 10.3390/ph6121451
  8. Ferreira,C. & Nunes, I.L. Oil nanoencapsulation: development, application, and incorporation into the food market. Nanoscale Research Letters. 2019, 14(9). Doi: 10.1186/s11671-018-2829-2
  9. Sundari, P.T.; Anushree, H. Eur. J. of Pharm. Med. Res 2017; 4(8):617-627.