Adam Hall, Ph.D., no está bromeando cuando dice que la investigación que hace es en una escala muy pequeña. Pero está entendiendo las cosas más que un poco.
Hall trabaja en nanomedicina, una rama relativamente nueva pero en rápido desarrollo de la nanotecnología: el estudio, desarrollo y aplicación de materiales de entre 1 y 100 nanómetros de tamaño, que se dedica al diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
¿Qué es exactamente un nanómetro?
Es exactamente una billonésima parte de un metro. Un metro mide 3.28 pies, o 39.37 pulgadas, por lo que un nanómetro es 0.0000003937 de una pulgada. Eso significa que hay 25,400,000 nanómetros en una pulgada.
Tal vez en términos más comprensibles, una hoja de papel tiene un grosor de aproximadamente 100,000 nanómetros y un cabello humano típico tiene aproximadamente 80,000 nanómetros de ancho. Por el contrario, una hebra de ADN humano tiene alrededor de 2.5 nanómetros de diámetro, que es muy pequeño.
"La tecnología, en el sentido más amplio, ha evolucionado hasta el punto en que podemos ver las cosas cada vez más cerca y trabajar efectivamente con cantidades cada vez más pequeñas", dijo Hall, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Escuela Wake Forest deMedicina, que forma parte del Wake Forest Baptist Medical Center.
"En última instancia, para el cáncer y otras enfermedades que nos preocupan, las causas fundamentales son las moléculas. Las personas pueden hablar sobre el mal funcionamiento de las células, pero lo que sucede dentro de esas células para hacerlas peligrosas ocurre a nivel molecular. Eso es a nanoescala, ypor eso estamos trabajando allí "
La investigación de Hall está en el lado del diagnóstico de la nanomedicina y se centra en los nanoporos: agujeros nanoscópicos en las membranas sintéticas a través de las cuales pueden enhebrarse moléculas individuales. A medida que las moléculas pasan, un nanoporo en una membrana cargada eléctricamente puede "leer" información sobreellos midiendo los cambios en el flujo de corriente.
Usando un dispositivo de nanoporos con un poro de menos de 10 nanómetros de ancho, Hall y sus colegas han desarrollado una metodología capaz de detectar y contar secuencias específicas de ADN y ARN, incluidas las de microARN, una clase de ácido nucleico de no más de 10 nanómetros de largo yun solo nanómetro de ancho que puede ser un biomarcador de enfermedad.
"Los microARN son pedazos muy pequeños de ácido nucleico que transportan mensajes genéticos y están flotando a través de su torrente sanguíneo todo el tiempo", explicó Hall. "Pero si las células que las producen están enfermas, ya sea por cáncer u otra cosa, los ARN que liberanpuede actuar como mensajes en botellas, indicando la presencia o progresión de la enfermedad "
Hall demostró por primera vez con éxito su metodología con un microARN que se sabe que es un indicador de cáncer de pulmón, y confía en que el proceso de diagnóstico rápido y no invasivo, que posiblemente requiera solo una pequeña muestra de sangre, funcionará con la misma eficacia para detectar la presencia:- o ausencia - de otras enfermedades.
"Es una técnica modular que se puede aplicar a un montón de objetivos diferentes", dijo. "Mientras sepamos la secuencia de un ácido nucleico que está vinculado a una determinada enfermedad, podemos buscar esas moléculas particulares parasolo producirán una señal que podamos grabar cuando pasen por el nanoporo ".
Wake Forest Baptist recientemente recibió una subvención de $ 75,000 del Centro de Biotecnología de Carolina del Norte para apoyar los esfuerzos de Hall utilizando el dispositivo de nanoporos para detectar virus responsables de enfermedades infecciosas. Pero Hall no tiene intención de detenerse allí. Él cree que su técnica de nanoporos también puede adaptarsepara reconocer bacterias patógenas y secuencias clave de ADN genómico, o detectar múltiples biomarcadores de secuencia distinta en tejidos y fluidos biológicos. Eventualmente, espera desarrollar la tecnología en un dispositivo comercial que cabe en la palma de una mano.
En un laboratorio diferente de la Escuela de Medicina de Wake Forest, Nicole Levi-Polyachenko, Ph.D., profesora asociada de cirugía plástica y reconstructiva, está trabajando en un área diferente de la nanomedicina, específicamente con una nanopartícula creada para localizar y destruircélulas enfermas.
"Lo que hace es detectar y tratar", dijo. "Pero me gusta pensar que es una trampa y un zap".
La nanopartícula, que tiene menos de 100 nanómetros de diámetro, contiene dos polímeros semiconductores, uno fluorescente y otro generador de calor, diseñados originalmente para aplicaciones de energía solar por el Centro de Nanotecnología y Materiales Moleculares de la Universidad de Wake Forest que han sido modificados porLevi-Polyachenko para uso médico.
Estos dos polímeros están "envueltos" en un recubrimiento que dirige la nanopartícula para que se adhiera a un tipo específico de célula. El polímero fluorescente puede identificar las células objetivo al encenderse cuando se expone a la luz coloreada, y el polímero térmico puede destruirlascélulas calentándose tras la exposición a la luz infrarroja.
"Existen limitaciones con algunas técnicas de imagen por lo que los médicos a menudo tienen que depender de la vista y el tacto para determinar qué tejido necesita ser eliminado, y puede ser difícil saber qué está enfermo y qué no", dijo Levi-Polyachenko.Lo que queremos es una forma de detección que sea extremadamente precisa, y con la nanopartícula lo que está enfermo se ilumina y lo que no lo está.
"En cuanto al tratamiento, el objetivo es destruir el tejido enfermo mientras se guarda la mayor cantidad posible de tejido sano. La cirugía puede implicar la extracción de algún tejido sano, y los tratamientos como la quimioterapia afectan tanto a las células enfermas como a las no enfermas. Pero estas nanopartículassolo se adhieren a las células objetivo y cuando se calientan, matan solo esas células y las matan para siempre. No hay daño colateral ".
Trabajando en un modelo animal, el equipo de investigación de Levi-Polyachenko ha demostrado con éxito la capacidad de las nanopartículas para localizar y destruir células de cáncer colorrectal. La investigación actual está dirigida a las células de cáncer de mama y las bacterias dañinas. Si todo sigue yendo bien, dijo Levi-Polyachenko,la nanopartícula de dos polímeros podría aprobarse para su uso en humanos dentro de 10 años.
"Realmente no estamos tan lejos", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro Médico Bautista Wake Forest . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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