Un viaje alucinante

La película “Un viaje alucinante” (1966), de Richard Fleischer, narra la historia fantástica de un viaje al interior del cuerpo humano a través de un submarino tripulado que ha sido miniaturizado. Con la guerra fría como telón de fondo, un grupo de expertos serán miniaturizados e introducidos en un submarino con el fin de internarse en el cuerpo de un científico soviético desertor y conseguir disolver un coágulo en su cerebro producido en un atentado para impedir que desvele sus hallazgos a los norteamericanos. Las aventuras que corren por los diferentes sistemas orgánicos de la víctima son la base de esta famosa película de ciencia ficción.

Han pasado casi cincuenta años desde su estreno y sigue siendo una película de ciencia ficción. Y lo seguirá siendo por muchos años. ¿O no? Y es que la idea de inyectar un dispositivo diminuto que pueda acceder a una parte determinada del cuerpo y allí realizar una “operación” terapéutica es prácticamente una realidad. Ello es posible gracias a los avances que se están realizando en lo que se conoce como nanotecnología. La nanotecnología comprende el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia en la nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia que aparecen en esta escala. Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula, presenta fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Los científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas. Por todo ello, la nanotecnología está siendo una de las “apuestas estrella” de las grandes potencias mundiales, lo que ha provocado que  numerosos grupos de investigación se estén volcando hacia lo “nano”, bien renombrando sus actividades tradicionales bajo títulos que incluyen el prefijo nano-, o bien introduciéndose en nuevas líneas de investigación, en lo que se puede denominar como la “nanorevolución”. Así, tenemos nanomateriales, nanofluídica, nanofotónica, nanorobótica, nanodispositivos, nanoingeniería, y, por supuesto, nanomedicina.

Diferentes escalas

En definitiva, las enfermedades, al igual que todos los procesos de nuestro cuerpo, comienzan a producirse en la nanoescala. La nanoescala comprende el rango de tamaños de entre 1 nanómetro (una milmillonésima de metro, o unas cien mil veces más pequeño que el diámetro de un pelo humano, o unos 6 átomos de carbono puesto en línea) y 100 nanómetros. Éste es el rango de longitudes en el que se encuentran las macromoléculas que nos constituyen a los seres vivos. Muchos componentes biológicos básicos como las paredes y orgánulos celulares o los genes tienen tamaños nanométricos. Por ejemplo, el diámetro de la doble hélice de ADN es de unos 2 nanómetros, un ribosoma tiene un tamaño entre 10 y 30 nanómetros, mientras que la mayoría de los virus tienen tamaños que oscilan entre los 10 y los 300 nanómetros. Normalmente, cuando una enfermedad se manifiesta ya no estamos ante un nanoproblema. Sin embargo, esa enfermedad sí habrá comenzado como un nanoproblema, es decir, por algún desajuste en los componentes o en el funcionamiento de los elementos biológicos básicos, que sí operan en la nanoescala. Un ejemplo que a todos nos suena es el de los “radicales libres”, los cuales generan reacciones de oxidación en cadena que pueden bloquear las membranas celulares, impidiendo los intercambios normales, dañar las mitocondrias (motor energético de las células) e incluso alterar el ADN. El resultado de todas estas reacciones puede producir modificaciones en la estructura del material genético y mutaciones celulares dando lugar, por ejemplo, a cáncer.

Ribosoma. El ribosoma es un organulo celular que funciona como una auténtica «cadena de montaje» molecular, uniendo aminoácidos para formar proteínas a partir de la información genética que les llega del ADN transcrita en forma de ARN.

Las soluciones que generalmente aplica la medicina son macrosoluciones o soluciones masivas en tanto que suponen una intervención en una escala superior de la que surgió el problema. Es el caso de una intervención quirúrgica, cuya precisión, aún en el mejor de los casos, está lejos de la nanoescala. Pero claro, cuando se opera es porque el problema se ha extendido mucho más allá de esos nanovolúmenes iniciales. El tratamiento del cáncer mediante quimioterapia supone una introducción masiva de medicamentos en el cuerpo y además, en general, de forma poco selectiva. La radioterapia externa utiliza haces de radiación extensos y la braquiterapia utiliza semillas radioactivas del tamaño de milímetros. En los dos últimos casos, las áreas afectadas suelen estar bien localizadas, pero sus tamaños son varios ordenes de magnitud superiores a los de la nanoescala. Esto no quiere decir que los tratamientos convencionales estén mal planteados. Al revés. Son soluciones que funcionan y que han mejorado muchísimo a fin de minimizar los efectos secundarios que pueden tener. Sin embargo, en la medida que avanzamos en la comprensión y el control de la materia a escala nano, se abren nuevas posibilidades que pueden ser más eficaces en las terapias, y concretamente en las terapias del cáncer. Tal y como dijo Andrew von Eschenbach, uno de los directores del National Cancer Institute de Estados Unidos de la pasada década, “el futuro de la oncología y la oportunidad de eliminar el sufrimiento y la muerte debida al cáncer será posible en la medida que seamos capaces de enfrentarnos al cáncer en su nivel molecular”.

«Caballo de Troya» molecular. En este tipo de nanopartículas desarrolladas en la Universidad de Michigan un polímero dendrímérico transporta varias moléculas: ácido folico por el que tienen avidez las células cancerosas, un trazador y la molécula medicamento.

La nanotecnología ofrece nuevas soluciones y enfoques en el tratamiento de las enfermedades y, sobre todo, una mayor precisión, tanto en el diagnóstico como en la terapia. La nanomedicina comprende fundamentalmente tres grandes áreas de actuación. En primer lugar nos ofrece nuevas herramientas-diagnóstico que permiten «visualizar» nuestro organismo a escala molecular. Es el caso, por ejemplo, de la utilización de puntos cuánticos («quantum dots») con los que se pueden realizar imágenes en vivo y en tiempo real mediante fluorescencia. En segundo lugar, ofrece estrategias para la liberación controlada y selectiva de fármacos, es decir, para llevar los fármacos allí donde se necesitan y activarlos cuándo se necesitan. Éste es el caso de lo que se llaman «caballos de troya moleculares», los cuales son unas nanopartículas a las que se les adhiere un fármaco determinado y alguna molécula adicional que permite que sólo penetren en las células problemáticas, por ejemplo, las células cancerosas. También el de nanopartículas que una vez dirigidas a la zona dañada son activadas por algún campo externo, como un haz láser infrarrojo, un campo magnético o radiaciones ionizantes, y entonces se excitan térmicamente y acaban con dichas células. En tercer lugar, la nanotecnología resulta de gran valía para la medicina regenerativa, ya que ofrece los entramados tridimensionales necesarios para provocar la regeneración de tejidos a partir, por ejemplo, de células madre. Ya está comercialmente disponible la regeneración de piel y cartílagos guiada mediante “andamiaje” nanoestructurado. La aplicación de esta técnica a la regeneración de huesos, tejido nervioso o vasos sanguíneos se encuentra en diferentes fases de investigación y desarrollo.

«Andamiaje» para cartílago

Hay muchas otras aplicaciones de la nanotecnología al servicio de la medicina. La nanoestructuración de las superficies de implantes y prótesis para mejorar la adhesión celular o el crecimiento celular en una dirección determinada da lugar a una mejor “aceptación” y una mayor durabilidad. Los nanorecubrimientos que mejoran la precisión de material quirúrgico (como por ejemplo el escalpelo ultraafilado de diamante) para la cirugía mínimamente invasiva y robotizada. El desarrollo de la nanofluídica permite una reducción significativa en las muestras a tomar, así como el diseño de dispositivos tipo “lab-on-a-chip” que dan lugar a una mayor portabilidad, robotización y rapidez de los análisis. Los sistemas micro- y nano-electromecánicos (MEMs y NEMs) que inducen la miniaturización de dispositivos para amplificar nuestras facultades sensoriales como los implantes cocleares y retinales.

Lab on a chip basado en micro- y nanofluídica.

En general, cuando hablamos de nanomedicina no debemos caer en la tentación de hablar de ‘nanomedicamentos’. Es más apropiado hablar de estrategias de detección precoz de las enfermedades, es decir, cuando todavía no se ha manifestado macroscópicamente como dolencia, y, sobre todo, hablar de terapia selectiva y personalizada. En definitiva, hablaríamos de estrategias de alta precisión y, sobre todo, de estrategias que potencian la capacidad de autorreparación de nuestro cuerpo o de la amplificación de sus capacidades. En algunos casos serán nanodispositivos activos, en otros serán tratamientos superficiales que fomenten la regeneración tisular en alguna zona determinada o sobre algún implante o estructura tridimensional, en muchos casos nanoparticulas funcionalizadas, y en otras ocasiones herramientas que permitan una cirugía de alta precisión y mínimamente invasiva.

Tal como ha declarado en alguna ocasión Harold Varmus, Premio Nobel de Medicina en 1989, “la investigación del futuro en medicina y biología no es únicamente para investigadores biomédicos”. La nanomedicina, como la nanotecnología en general, requiere del concurso de muchas disciplinas: la física, la química, la biología, la ingeniería y la medicina convergen en lo nano abriendo un abanico de infinitas posibilidades. Sin embargo, la consideración de tantas escalas a la vez puede llevarnos a discutir qué significa “encontrarse bien de salud”: ¿Una anomalía en la nanoescala necesariamente va a terminar en una enfermedad? ¿Es un enfermo alguien con una disfunción molecular? Gestionar los tiempos de evolución de las anomalías y su extensión con precisión y ser capaces de “poner” una nanoestructura dada en un zona determinada en el momento indicado son grandes retos a los que se enfrenta la nanomedicina. Y no debemos olvidar que “este ver” a las personas desde la nanoescala puede hacernos precisamente perder de vista a la persona y reducir la medicina a una práctica de ingeniería molecular. Si bien los avances en nanotecnología auguran un futuro muy prometedor, la medicina es algo más que una “ingeniería de la salud” para corregir y prevenir disfunciones en cualesquiera que sean las escalas en las que las detectemos.

La película «Viaje alucinante» quería retratar un futuro ficticio, con una nanonave viajando por el interior del cuerpo humano. La idea de que seamos capaces de introducir en nuestro cuerpo dispositivos que se dirijan específicamente a los lugares concretos de nuestro organismo que se encuentran afectados es posible. Y de hecho, como decía antes, existen ya formas de hacerlo a través de nanopartículas que incorporan varios tipos de moléculas, algunas que curan selectivamente, y otras que sirven para monitorizar su efectividad. A día de hoy, varios de estos métodos se encuentran en fase clínica. No debemos olvidar que “Viaje alucinante”  es una película de ciencia ficción, pero tampoco que usualmente la realidad termina siempre superando a la ficción. ¿Será posible lo que nos muestra el siguiente vídeo?

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La nanomedicina puede plantear muchos dilemas a la profesión médica, así como conflictos éticos. Está en juego nuestra calidad de vida, nuestra longevidad y quién sabe si no lo estará también nuestra inmortalidad.