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Imágenes generadas por ordenador de nanopartículas. Imagen cortesía del Centro de Nanotecnología Biológica (Center for Biologic Nanotechnology), Universidad de Michigan-Ann Arbor.[Más].

28 de Octubre de 2004: ¿No sería bonito que las células de tu cuerpo simplemente te dijeran cuando estás empezando a ponerte enfermo, mucho antes de que apareciesen los síntomas? ¿O avisarte cuando un tumor está creciendo, mientras que todavía es microscópico e inofensivo?

La habilidad de detectar cambios dentro de cada célula individual mientras están aún dentro de tu cuerpo sería un gran avance para la medicina. Científicos apoyados por la NASA están desarrollando justo ahora una tecnología que podría, si funciona, hacer eso mismo.

Los científicos no convierten a las células en parlantes, obviamente. La idea es situar “nanopartículas” dentro de las células para que funcionen como sensores del tamaño de una molécula. Siempre que estos sensores encuentren rastros de un problema – quizás un fragmento de un virus invasor – empezarían a brillar, señalando al mundo exterior que algo va mal.

Es una tecnología elegante, y al poder personalizarse para ajustarse a muchas combinaciones de tipos de células y problemas específicos, es también una tecnología muy potente. La investigación sobre nanopartículas ha florecido en los últimos años con científicos que exploran cómo pueden usarse para tratar cualquier cosa desde el cáncer hasta enfermedades genéticas como la fibrosis cística.

La NASA está interesada en cómo puede ayudar esta tecnología a tratar otro problema de salud: la exposición a la radiación.

Uno de los problemas principales en una misión a Marte es la dosis de radiación que recibirían los astronautas durante su viaje de 6 meses. La nave debería estar blindada, pero los mejores escudos antirradiación que posee la NASA podrían no proteger completamente a los astronautas. (Ver: “¿Podemos ir a Marte?”)

Por lo tanto los científicos están buscando mecanismos médicos para monitorizar, prevenir y reparar los efectos dañinos de la radiación. Para hacer el desafío aún más difícil, estas soluciones deben funcionar bien en el espacio, donde los astronautas deberían ser capaces de tratarse a si mismos y donde hay poco espacio libre para equipo médico voluminoso.

James Baker, director del Centro de Nanotecnología Biológica (Center for Biologic Nanotechnology) en la Universidad de Michigan, cree que las nanopartículas pueden ayudar. Su grupo de investigación ha recibido una beca de la NASA para investigar en el tema. “Las nanopartículas nos permiten monitorizar el impacto biológico actual de la radiación en los cuerpos de los astronautas, lo cual es mucho más significativo que simplemente medir la radiación en sí.”, explica Backer.

Las nanopartículas son más grandes que las moléculas típicas, pero más pequeñas que los virus. (Están marcadas como “nanoscópicas” (nanoscopic) en este diagrama). Son similares en tamaño a muchas proteínas, lo cual es una de las razones por las que pueden funcionar bien dentro de las células. Imagen cortesía de la Universidad de Michigan-Ann Arbor.

Imagínate ésto: Antes de una misión espacial, un astronauta usa un aguja hipodérmica para inyectarse un fluido claro, lleno de nanopartículas, en su flujo sanguíneo. Durante el vuelo, sitúa un pequeño dispositivo en su oído. Este dispositivo, que tiene forma de audífono, utiliza un pequeño láser para contar las células que brillan según fluyen a través de los capilares en el tímpano. Un enlace inalámbrico transmite esta información al ordenador central de la nave para ser procesada.

Este escenario de ciencia-ficción todavía está a unos 5 o 10 años vista, pero muchas de las piezas necesarias ya están cobrando forma en los laboratorios.

Ese líquido claro inyectado en el fluido sanguíneo del astronauta contendría millones de nanopartículas microscópicas. Las nanopartículas en sí mismas no son nada nuevo: Los científicos las han estado utilizando en los laboratorios durante al menos 5 años, y han sido empleadas de manera segura en animales de laboratorio.

El tipo particular de nanopartícula que usa Baker nos recuerda a un Diente de León: un pequeño racimo de pequeñas ramitas en forma de bola que crecen desde un punto central.

Las nanopartículas que usa el grupo de Baker se llaman “dendrímeros”, y se construyen añadiendo segmentos ramificados alrededor de un núcleo central. Imagen cortesía de la Universidad de Michigan-Ann Arbor. [Más].

De por sí, este Diente de León es inerte. (Esto es bueno: significa que no es tóxico). Solo sirve como una plataforma genérica sobre la cual construir. Todas las funciones útiles de la nanopartícula – buscar el tipo correcto de células, detectar signos de daños causados por la radiación, ofrecer una “bandera roja” luminosa – provienen de las moléculas que se añaden a esta plataforma. Los extremos libres de las ramificaciones proveen muchos puntos de unión donde se pueden adjuntar estas moléculas (128 puntos con las nanopartículas que usa el grupo de Baker).

Escogiendo que moléculas se añaden es como se personalizan las nanopartículas para que realicen su tarea. Por ejemplo, el grupo de Baker quiere retocar sus nanopartículas para que entren en un tipo de célula blanca denominada linfocito, que es especialmente sensible a la radiación.

“¿Como nos centramos específicamente en los linfocitos?” se pregunta Thommey Thomas, un investigador adjunto del equipo de Baker. “Porque una vez que inyectas la nanopartículas en el torrente sanguíneo pueden ir a cualquier parte, ¿no?”

“Tenemos que encontrar unas moléculas específicas que las identifican en la superficie de esos linfocitos,” explica.

Todas las células del cuerpo tienen de manera natural moléculas “receptoras” integradas en su superficie más exterior. Estos receptores controlan como los elementos químicos pueden entrar dentro de la célula: por ejemplo, una hormona renal en el flujo sanguíneo solo entra en las células del riñón. Añadiendo una molécula a sus nanopartículas que encaje con un receptor específico de los linfocitos, los investigadores se aseguran de que esas nanopartículas errantes acabarán dentro de las células correctas.

James Baker, director del Centro de Nanotecnología Biológica (Center for Biologic Nanotechnology) en la Universidad de Michigan. [Más].

Una vez dentro de los linfocitos, las nanopartículas necesitan una manera de detectar daños causados por la radiación. La manera es buscar signos de que la célula está a punto de auto-destruirse. Los linfocitos se suicidan (proceso llamado “apoptosis”) cuando han sido dañados por la radiación. Este es un comportamiento programado genéticamente que se lleva a cabo por unas enzimas “suicidas”. El grupo de Baker ha descubierto cómo añadir a las nanopartículas una molécula que se tiñe de color fluorescente al reaccionar con estos enzimas suicidas. Los linfocitos que comienzan a auto-destruirse por culpa de la radiación comenzarían por tanto a brillar.

El grupo de investigación también ha desarrollado un sistema láser para contar las células que brillan. Ya han demostrado que pueden contar el número de células en el torrente sanguíneo de un ratón cuando éstas pasan por los capilares de su oído, pero Baker dice que todavía es pronto para saber qué tipo de sistema láser se utilizaría en una misión espacial – quizás un micro-láser integrado en un dispositivo con forma de audífono -- especula.

El resultado final: una monitorización continua y en tiempo-real del daño causado por la radiación en las células del flujo sanguíneo de un astronauta – sin necesidad de equipo médico voluminoso.