Diagnóstico de Cáncer en etapas tempranas a través de examen de sangre utilizando Nanopartículas de Oro

Nanopartícula de oro unida a proteínas

Esquema de Nanopartícula de Oro con proteínas de suero sanguíneo y otras moléculas adsorbidas sobre la superficie de la nanopartícula

  La detección precoz del cáncer es fundamental para el éxito de terapias contra el cáncer, hoy en día las biopsias permiten la detección precoz en etapas tempranas, sin embargo, existen marcadores biológicos que aparecen meses, incluso años antes de poder realizar el diagnóstico clínico, entre estos marcadores están los autoanticuerpos es decir anticuerpos contra un antígeno del propio individuo, en este caso contra proteínas pertenecientes a las células tumorales, además de estos marcadores en el cáncer se elevan los niveles  de inmunoglobulina G (IgG) que también puede ser detectada.

  En una reciente investigación han logrado detectar autoanticuerpos  utilizando nanopartículas de oro, gracias a sus propiedades ópticas únicas, caracterizadas por una fuerte dispersión  de la luz en la región visible del espectro, esta propiedad es aprovechada en la  técnica Dispersión de luz dinámica (DLS),  las nanopartículas de oro previamente recubiertas de especies dianas (proteínas o sondas de ADN), interaccionan con el analito en este caso con los autoanticuerpos, lo que produce una aglomeración de las sondas de nanopartículas de oro, lo que se traduce en un incremento del tamaño de partícula promedio en la solución, este aumento puede ser detectado fácilmente con DLS. Si bien esta técnica no permite detectar el tipo específico de cáncer, puede servir como test universal para detectar las primeras respuestas inmunes asociadas a un amplio espectro de tipos de cáncer, esta prueba tiene la gran ventaja de tener un costo de materiales  muy bajo por lo que podría ser implementada masivamente.

Detección de Cáncer , Nanopartículas de Oro

Detección de autoanticuerpos por parte de nanopartículas de oro en la que se observa su aglomeración y consecuente incremento de tamaño medio de partícula (Dh)

 

 

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Kit para detección de Nanopartículas

Detección de Nanopartículas Nanotecnología

Esquema de reacción entre superficie de Nanopartícula y componentes de ensayo colorimétrico, basado en reacción Redox

  La utilización de Nanopartículas en productos y materiales comerciales sigue un ritmo creciente y casi no existe industria que pueda prescindir de éstas. Las Nanopartículas son añadidas a cosméticos, textiles, fármacos, pinturas, alimentos, etc.., estas proporcionan mejoras al producto o material como por ejemplo otorgando propiedades bactericidas, capacidad para repeler el agua, mejorar absorción de fármacos, etc..

 Debido al uso generalizado de las Nanopartículas, existe preocupación por parte de la comunidad científica, del impacto sobre la salud y el medio ambiente que estas puedan causar, por ello es muy importante contar con metodologías simples, asequibles y fiables para su detección, ya que actualmente para detectar y caracterizar Nanopartículas, se requiere instrumentación costosa y personal altamente capacitado. En este contexto, científicos de la Universidad de Washington, han desarrollado una metodología para detectar rápidamente la presencia de Nanopartículas en muestras ambientales, biológicas o provenientes de productos comerciales, esta metodología se basa en una detección colorimétrica en una reacción Redox en las que se utiliza un colorante cuyas formas oxidada y reducida son de distinto color, esto es posible gracias a las propiedades catalíticas de la superficie de las Nanopartículas. Se espera a futuro mejorar la metodología, para poder detectar propiedades de las Nanopartículas, como su composición, tamaño y concentración.

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Impresión 3D de Nanoestructuras de Grafeno

grafeno impresion 3d nanocable

Esquema de fabricación de nanocables , estirando el menisco en una micropipeta llena con una suspensión acuosa de óxido de Grafeno (espesor de lámina = 0,9 ± 0,1 nm)

  Grafeno es uno de los materiales mas revolucionarios de los últimos tiempos, por sus extraordinarias propiedades como son su alta conductividad eléctrica, térmica, además de su gran dureza, flexibilidad, transparencia, etc.., no en vano es considerado el material de futuro. La creación de nanoestructuras de Grafeno, requiere una alta precisión  para modelar las capas de Grafeno, y es un reto hoy en día encontrar la técnica ideal para obtener  nanoestructuras de grafeno deseadas, por otro lado, la impresión 3D basada en la fabricación aditiva, actualmente se utiliza en múltiples ámbitos a nivel macroscópico para la fabricación de distintos dispositivos.

  Recientemente investigadores han logrado desarrollar un método de impresión 3D a escala nanométrica  para crear nanoestructuras de Grafeno, específicamente Nanocables de óxido de grafeno reducido (RGO), y a diferencia de otros métodos que emplean polvos o filamentos como material para impresión, este no deteriora las propiedades intrínsecas del grafeno, este nuevo método se basa en un menisco líquido de una suspensión coloidal de grafeno, que es estirado y que permite obtener estructuras impresas mas finas que la abertura de la boquilla, lo que resulta en la fabricación de nanoestructuras, este nuevo enfoque abre nuevas perspectivas para la impresión de patrones en electrónica impresa, para el desarrollo de circuitos electrónicos, a continuación un video que muestra la impresión de un nanocable de óxido de Grafeno de 10 nm.

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Nanopartículas de ARN para el tratamiento del cáncer e infecciones virales

  ARN (ácido ribonucleico), es un ácido nucleico compuesto por los nucleótidosAdenina (A), Uracilo (U), Citosina (C) y Guanina (G), existen diversos tipos  de ARN, que cumplen distintas funciones: ARN mensajero (ARNm) es el portador de la información genética copiada desde el ADN, ARN de transferencia (ARNt)  transporta aminoácidos hasta los ribosomas para la síntesis de proteínas, el ARN también puede tener función catalítica, como ocurre en las Ribozimas y el ARN ribosomal, éste último también forma parte de la estructura de los ribosomas, esta gran versatilidad funcional y estructural hacen al ARN muy atractivo en aplicaciones tecnológicas, en particular su utilización como nanomaterial para el diseño de nanoestructuras y nanodispositivos de interés, al igual como ocurre con la Nanotecnología con ADN su plegamiento  basado en el apareamiento de bases canónico y no canónico, es predecible y por ende es posible diseñar computacionalmente (in silico) nanoestructuras en 3D, a partir de secuencias lineales de ADN o ARN que se autoensamblan espontáneamente. Dentro de las aplicaciones, tiene una gran proyección, el diseño de nanopartículas de ARN para aplicaciones biomédicas, ya que el ARN como nanomaterial, además tiene la ventaja, de que al ser de origen biológico es biocompatible, y no genera toxicidad.

 Actualmente se están diseñando nanoestructuras de ARN con forma de anillo funcionalizadas con Aptámeros y ARNi (ARN de interferencia), éste último tiene la capacidad de silenciar genes impidiendo su expresión, esto puede ser útil en células cancerosas si se silencian genes claves implicados en la replicación de células tumorales, por otro lado también puede ser aplicado a infecciones virales impidiendo la replicación del virus como por ejemplo el VIH, estos estudios demuestran el gran potencial que tienen las Nanopartículas de ARN en las aplicaciones biomédicas.

Nanopartículas ARN Nanotecnología

Nanopartículas de ARN en forma de anillo, funcionalizadas con brazos de ARN de Interferencia (ARNi), Áptameros, proteínas

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Generador de Hidrógeno basado en Grafeno y Nano-Bio catalizador, utilizando Energía Solar

   El desarrollo de nuevas tecnologías que utilicen energías renovables, es uno de los desafíos mas importantes hoy en día para la humanidad, ya que la utilización de combustibles fósiles (Carbón, Petróleo y Gas natural) ademas de ser recursos no renovables, su uso es una de las principales causas del calentamiento global. Dentro de las energías renovables, la energía solar constituye una de las fuentes con mayor proyección, ya que es una fuente de energía inagotable, limpia, y presente en toda la superficie del planeta. La energía solar puede ser convertida directamente en energía eléctrica, como ocurre en las celdas solares fotovoltaicas, o bien, convertida en energía química, por ejemplo en la generación de Hidrógeno como combustible a partir del agua, esta última, es una alternativa muy interesante ya que el Hidrógeno es uno de los elementos mas abundantes del planeta y forma parte de la estructura del Agua.

  En un reciente estudio, investigadores describen el desarrollo de un generador de Hidrógeno, utilizando energía solar, y un Focatalizador en base a Nanopartículas de TiO2/Pt, innovando en la incorporación de una superficie de óxido de Grafeno reducido (rGO) sobre la cual estarían las nanopartículas, y un Fotorreceptor biológico llamado Bacteriorodopsina, que es una proteína especializada en absorber la luz solar(en el espectro visible) presente en Arqueas.  Como resultado de este estudio, se comprobó que la incorporación de la superficie de óxido de Grafeno reducido, y la proteína Bacteriorodopsina, logró aumentar la producción de Hidrógeno por unidad de tiempo, comparado con el catalizador sin estos componentes, constituyendo así un promisorio generador de Hidrógeno a partir de energía solar. A continuación un esquema del Generador.

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Diagnóstico de Tuberculosis en examen de orina basado en Nanotecnología

   Tuberculosis tos nanotecnologiaLa Tuberculosis (TBC o TB) es una enfermedad infecciosa de origen bacteriano causado por la bacteria Mycobacterium Tuberculosis (o bacilo de Koch) y afecta principalmente a los pulmones, sin embargo, puede afectar a cualquier otra parte del cuerpo. La Tuberculosis es uno de los principales problemas de salud pública a nivel mundial, anualmente  se registran alrededor de 9 millones de nuevos casos de la enfermedad activa, y provoca la muerte de aproximadamente 2 millones de personas,  con una alta prevalencia en países subdesarrollados, y pacientes con inmunosupresión como los infectados por VIH, siendo en estos, la principal causa de muerte, se calcula que un tercio de la población mundial esta infectada por el bacilo, sin embargo, solo entre un 5-10% desarrolla la enfermedad en su forma activa. Dada la alta prevalencia, mortalidad y necesidad de un diagnóstico temprano, se hace importante el desarrollo de nuevos test de diagnósticos que sean baratos y fiables. En este contexto investigadores europeos han desarrollado un test de orina basado en Nanosensores ópticos de nitruro de silicio, en los que se encuentran anticuerpos  inmobilizados específicos contra las proteínas (antígeno) de membrana del bacilo, de tal forma que estos antígenos al adherirse  a los anticuerpos, modifican una señal óptica, que es detectada por un sensor de luz, el cual la convierte  en señal eléctrica que puede ser leída. Este test tiene la ventaja de ser barato y preciso, por  lo que se espera que se utilice sobre todo en los países mas pobres.

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Regulación de expresión de genes a nivel transcripcional utilizando Nanotecnología

   La transcripción genética es el primer paso en la expresión de un gen, en este proceso una secuencia de ADN es copiada a ARN mensajero, este último contiene la información asociada a la proteína que se formara en la etapa siguiente (traducción). Para que ocurra el proceso de transcripción de un gen, es necesario la acción de una enzima llamada ARN Polimerasa y de unas proteínas denominadas Factores de Transcripción, estos últimos actúan como interruptores genéticos, regulando la expresión de un gen, esto lo logran uniéndose a  regiones determinadas del ADN, ARN Polimerasa, o bien a otros factores de transcripción.

   En una reciente publicación,  investigadores describen el desarrollo de una asociación de Nanopartículas de oro con péptidos que funciona como Factor de transcripción al que llamaron “NanoScript”, éste es capaz de atravesar la membrana nuclear e interactuar directamente con el ADN, para ello posee dominios específicos que le permiten la interacción, en el presente estudio NanoScript logró aumentar mas de 15 veces la la transcripción de un plásmido reportero.

  Esta investigación tiene gran relevancia, ya que estos factores de transcripción artificiales, podrían ser utilizados para reprogramación celular o diferenciación de células madres, actualmente para regular expresión de genes, se utilizan vectores virales, sin embargo, esta metodología conlleva riesgos como la formación de células cancerígenas, por lo que esta nueva metodología, entrega nuevas perspectivas en el campo de la programación de células madres. A continuación un esquema que muestra el mecanismo del NanoScript en la regulación génica.

Nanopartícula factor de transcripción

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