Nanosensores en la sangre

Nanosensores en la sangre

NanosensoresSensores del tamaño de moléculas (Nanosensores) dentro de las células de los astronautas podrán señalar problemas de salud provocados por la radiación espacial.

¿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 — empezaran a brillar, indicando al mundo exterior que algo está mal.

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 recibirán los astronautas durante su viaje de 6 meses. La nave debería estar blindada, pero los mejores escudos anti radiación que posee la NASA podrían no proteger completamente a los astronautas.

Por esta razón los científicos están buscando mecanismos médicos para monitorizar, 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.

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 ser 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 contendrá 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 tiene forma de un pequeño racimo de pequeñas ramas en forma de bola que crecen desde un punto central.

La estructura arborescente es inerte, 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).

La selección de las 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.

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 autodestruirse. 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 comenzarán 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 estas 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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