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Chamizos Rodantes en
el
Torrente Sanguíneo
Sensores del tamaño de moléculas dentro
de las células
de los astronautas podrían señalar problemas de salud provocados por la
radiación espacial.
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Octubre 28, 2004: ¿No sería agradable que las células de su
cuerpo le avisaran cuando usted está empezando a ponerse enfermo, mucho
antes de que apareciesen los síntomas? ¿O que le dieran una alarma
cuando un tumor está creciendo, mientras que todavía es microscópico e
inofensivo?
Los científicos no hacen que las células "hablen", obviamente. La
idea es colocar "nanopartículas" dentro de las células para que
funcionen como sensores del tamaño de una molécula. Siempre que estos
sensores encuentren señales de un problema -- quizás un fragmento de un
virus invasor -- empezarían a brillar, indicando al mundo exterior que
algo está mal.
Derecha:
Imágenes de nanopartículas generadas por computador. Imagen cortesía
del Centro de Nanotecnología Biológica (Center for Biologic
Nanotechnology), Universidad de Michigan-Ann Arbor. [Más información]
Es una tecnología elegante, y porque puede adaptarse a muchas
combinaciones de tipos de células y problemas específicos, es también
una tecnología
muy prometedora. 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 esta tecnología ayudar 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
antiradiación que posee la NASA podrían no proteger completamente a los
astronautas. (Vea: "
¿Podemos ir a Marte?")
Por esta razón los científicos están buscando mecanismos médicos
para monitorear, prevenir y reparar los efectos dañinos de la
radiación. Para hacer la tarea aún más difícil,
estas soluciones deben funcionar correctamente en el espacio, donde los
astronautas deberían poder tratarse a si mismos, y donde hay poco
espacio libre para un 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 a resolver el problema. Su grupo de
investigación ha recibido una beca de la NASA para investigar el tema.
"Las nanopartículas nos permiten monitorear 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.
Arriba:
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.
Imagínese esto: Antes de una misión espacial, un
astronauta usa un aguja hipoalergénica 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 computador central de la nave
para ser procesada.
Este escenario de ciencia-ficción está todavía a unos 5 o 10 años de
convertirse en realidad, 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
chamizo común: un pequeño racimo de pequeñas ramas en forma de bola que
crecen desde un punto central.
Este chamizo es
inerte. (Esto es conveniente: significa que no es tóxico.) Solo sirve
como una plataforma genérica sobre la que 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
agregan 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).
Derecha:
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 información]
La selección de lasa moléculas que se agregan determina su
utilización en una tarea específica. Por ejemplo, el grupo de Baker
quiere adaptar sus nanopartículas para que entren en un tipo de célula
blanca denominada linfocito, el cual es especialmente sensible a la
radiación.
"¿De qué manera nos centramos específicamente en los linfocitos?" se
pregunta Thommey Thomas, un investigador adjunto del equipo de Baker.
"Porque hay que tener en cuenta que una vez que se inyecten, la
nanopartículas en el torrente sanguíneo pueden viajar a cualquier
parte".
"Debemos encontrar las moléculas específicas en la superficie de
esos linfocitos a las cuales podemos dirigirnos" explica.
De manera natural, todas las células del cuerpo tienen moléculas
"receptoras" integradas en su superficie exterior. Estos receptores
controlan cómo 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 llegarán
a las células correctas.
Izquierda:
James Baker, director del Centro de Nanotecnología Biológica (Center
for
Biologic Nanotechnology) en la Universidad de Michigan. [Más información]
Una vez dentro de los linfocitos, las nanopartículas necesitan una
forma de
detectar daños causados por la radiación. Una manera es buscar signos
de que la célula está a punto de auto-destruirse. Los linfocitos se
suicidan (proceso llamado "apoptosis") cuando han sido deteriorados 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 estas 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 muy temprano 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.
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