Esteu aquí

Entrevista

Dr. Josep Samitier

director associat de l'Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC)

Nanomedicina: punt de trobada de la nanotecnologia, la biotecnologia i les ciències de la salut

13.01.2011

Article d'opinió

Un gran nombre dels descobriments decisius en biologia i medicina han estat possibles gràcies a la recerca de nous principis i tècniques de les ciències físiques i de l’enginyeria.

Des de la utilització dels raigs X i la Ressonància Magnètica Nuclear (RMN) per a la determinació de l’estructura molecular i l'obtenció d'imatges mèdiques fins a les noves aplicacions de les nanotecnologies en la manipulació molecular i cel·lular o el desenvolupament dels bioxips, són innombrables els exemples en els quals la física i l’enginyeria han estat involucrades en la innovació biomèdica i en la pràctica clínica.

L’aplicació de la nanotecnologia a la medicina es coneix com nanomedicina i comprèn un àmbit de recerca científic i tecnològic interdisciplinari que pretén millorar el diagnòstic, tractament i prevenció de malalties i lesions traumàtiques, així com preservar i millorar la salut i qualitat de vida. Això passa per millorar el coneixement i comprensió del cos humà a nivell molecular a fi de poder analitzar, supervisar, controlar, reparar, reconstruir i millorar qualsevol sistema biològic humà.

Des del punt de vista de les seves aplicacions, en aquests moments es focalitza en tres de grans eixos transversals: millora del diagnòstic tant in vivo com in vitro, desenvolupament de nous sistemes més efectius de subministrament i dosificació de fàrmacs, i desenvolupament de tecnologies per a l'enginyeria tissular i la medicina regenerativa.

El nanodiagnòstic possibilita la identificació de malalties o la predisposició a les mateixes a nivell cel·lular o molecular mitjançant la utilització de nanodispositius. Sota aquest concepte, s'unifica la necessitat social i clínica juntament amb la capacitat tecnològica per detectar malalties en l'estat més primerenc possible, així com la necessitat de detectar potencials efectes indesitjables dels fàrmacs abans de la seva prescripció. Per assolir aquest objectiu, totes les activitats han d’estar encaminades a augmentar l'eficàcia del diagnòstic. I, en aquest sentit, la nanotecnologia ofereix eines per millorar la sensibilitat, especificitat i fiabilitat. També ofereix la possibilitat de realitzar mesures de diferents paràmetres en paral·lel o d'integrar diverses etapes del procés d'anàlisi, des de la preparació de la mostra fins a la seva detecció en un simple dispositiu miniaturitzat. Gràcies a la nanotecnologia, els dispositius futurs seran prou intel·ligents, degut tant al seu caràcter informatitzat com a la seva robustesa, per ser utilitzats pel propi pacient i subministrar una multitud de dades al metge. Es tracta, en definitiva, de satisfer les necessitats no cobertes actualment que beneficiaran tant al pacient com al sistema sanitari.

Els diagnòstics in vitro poden ser portats a terme mitjançant biosensors o dispositius integrats que contenen molts sensors. Un biosensor conté un determinat receptor biològic, com pot ser un enzim o un anticòs, capaç de detectar la presència o concentració d'una substància de forma específica i traduir aquesta interacció a través d'un transductor que transforma el senyal bioquímic en un senyal quantificable. Entre aquest tipus de dispositius es poden citar nanoestructures fabricades mitjançant tècniques litogràfiques, que poden ser revestides amb biomolècules capaces d'unir-se a substrats específics (proteïnes, ADN complementari a una determinada seqüència genètica i, en general, molècules que participen en fenòmens d'adhesió i de reconeixement receptor-lligand), dispositius nanomètrics capaços de servir com a plataforma de diagnòstic per poder detectar biomarcadors amb major sensibilitat que la que es pot obtenir amb els mètodes actuals, o nanocristalls de material semiconductor (quantum dots), que units a un anticòs o una altra biomolècula són capaços d’interaccionar amb la molècula d'interès.

La imatge molecular es defineix com la mesura, caracterització i diagnòstic in vivo de processos biològics cel·lulars o moleculars a través d'imatges generades mitjançant la utilització conjunta de nous agents moleculars i tècniques d'imatge mèdica tradicionals.

Avui dia, per aconseguir teràpies efectives i eficaces no només és necessari disposar de molècules amb activitat farmacològica (molècula activa o fàrmac), sinó que el vehicle, suport o sistema en el qual aquestes molècules van incorporades desenvolupa un paper fonamental en l'èxit final del medicament. En aquest sentit, els nous sistemes d'alliberament de fàrmacs (Drug Delivery Systems) han permès que disposem actualment de tractaments més selectius i potents millorant la ràtio eficàcia/toxicitat de l'actual i del futur arsenal terapèutic. El concepte de sistema d'alliberament de fàrmacs va sorgir en la dècada dels setanta de forma coincident amb el d'alliberament controlat de fàrmacs. Aquesta idea va ser conseqüència del reconeixement de les possibilitats de millora de les propietats terapèutiques dels fàrmacs, en virtut de la seva incorporació a un sistema que permeti el seu alliberament a la velocitat  i en l'entorn adequats. Per tant, la idea de sistema d'alliberament es va desvincular des dels seus inicis del concepte tradicional de forma farmacèutica, forma de dosificació o forma d'administració, que fan referència a la forma o condicionament final del fàrmac (comprimit, càpsula, injectable, supositori, etc.). Amb el pas del temps, els importants avenços en el disseny de nous sistemes d'alliberament han donat lloc a una ampliació d'aquest concepte.

Els nanosistemes terapèutics

Quan la nanotecnologia s'aplica al disseny i desenvolupament de sistemes d'alliberament de fàrmacs sorgeix una àrea de recerca: la generació de nanosistemes terapèutics. Aquesta àrea de la nanomedicina es defineix com la ciència i tecnologia de sistemes complexos de grandària entre 1-1.000 nm formats per almenys dos components, un dels quals és un principi actiu. Aquest sistema està especialment dissenyat per tractar, prevenir o diagnosticar malalties. En sentit ampli podrien incloure aquí aquells sistemes formats per un únic component, però que han estat sotmesos a un procés que els transforma en nanomètrics (per exemple, mitjançant tecnologia de fluids supercrítics).

La medicina regenerativa és un àrea emergent que busca la reparació de teixits i òrgans mitjançant l'aplicació de mètodes procedents de teràpia gènica, la teràpia cel·lular i l'enginyeria tissular. L'enginyeria tissular combina la utilització de cèl·lules vives i biomaterials que actuen com estructures de suport en la reconstrucció del teixit, realitzant les funcions de la matriu extracel·lular. Els biomaterials utilitzats en enginyeria tissular han sofert una clara evolució. Van començar sent materials inerts per a l'organisme (biomaterials de primera generació: període 1960-70), per després passar a ser materials bioactius o biodegradables (biomaterials de segona generació: període 1980-90). Actualment, els materials que s'utilitzen són els denominats de tercera generació, aquells capaços de mimetitzar respostes cel·lulars específiques a nivell molecular. Gràcies al desenvolupament de tecnologies a nivell nano, aquesta generació de materials tenen el potencial d'interaccionar amb components cel·lulars, dirigir la proliferació i diferenciació cel·lular i la producció i organització de la matriu extracel·lular.

La nanomedecina constitueix un paradigma de recerca traslacional, ja que requereix des de la recerca fonamental provinent de la química, física o biologia fins a la recerca aplicada de ciència i tecnologia de materials, farmacologia, bioelectrònica i enginyeria biomèdica, així com la recerca mèdica clínica. La nanomedicina requereix el desenvolupament d'un sector industrial que permeti que els avenços científic-tecnològics es transformin en tecnologies per a la salut que puguin millorar la qualitat de vida i disminueixin el cost sanitari. Es tracta d'un àmbit econòmic que inclou a sectors com el farmacèutic, les tecnologies mèdiques o la biotecnologia. A Catalunya ens trobem en un moment idoni per fer un fort salt endavant en aquest àmbit  si considerem la massa critica i capacitat dels nostres centres de recerca, universitats, hospitals i indústria farmacèutica i de tecnologia mèdica. Cal que treballem de forma coordinada a nivell local amb visió global.

Fa més de 200 anys, un il·lustre, però poc conegut, investigador i cirurgià català, Antoni Cibat i Arnautó, va escriure: “Sense els coneixements de la física, la química i la botànica ningú pot considerar que coneix  plenament la medicina i la cirurgia”. Avui, d’aquesta disciplina en diem nanomedicina.