Laboratorio en un chip capaz de realizar mil reacciones químicas simultaneas

Los matraces, vasos de precipitados y calentadores podrían ser pronto algo del pasado en los laboratorios de química medicinal. En lugar de realizar unos cuantos experimentos en una mesa de trabajo, los científicos podrían simplemente colocar un microchip en un ordenador y, al instante, llevar a cabo miles de reacciones químicas, con resultados; es decir, encoger, literalmente, el laboratorio al tamaño de una uña.

Con ese objetivo, un equipo de investigadores de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), ha desarrollado una tecnología que permite realizar más de mil reacciones químicas a la vez en un microchio controlado por ordenador del tamaño de un sello, lo que podría acelerar la identificación de posibles candidatos a fármacos para el tratamiento de enfermedades como el cáncer. Los resultados de su estudio aparecen en las revista Lab on a Chip.

La investigación multidisciplinar la dirigió el Doctor Hsian-Rong Tseng, miembro del Nanosystems Biology Cancer Center, uno de los ocho Centers of Cancer Nanotechnology Excellence creados por el National Cancer Institute. Su laboratorio en miniatura utiliza microfluidos para gestionar y canalizar diminutas cantidades de líquidos y sustancias químicas. Las reacciones químicas se realizaron utilizando la química click in situ, una técnica utilizada a menudo para identificar posibles moléculas de fármacos que se enlazan con fuerza a enzimas de proteínas para activar o inhibir un efecto en la célula, y se analizaron mediante espectometría de masas.

Tradicionalmente, en un chip solo se podían realizar una cuantas reacciones químicas, pero el equipo de investigación ideó un modo para provocar reacciones múltiples, ofreciendo así un nuevo método para ver con rapidez qué moléculas de fármacos pueden trabajar de forma más eficaz con una enzima de proteína concreta. En este estudio, los científicos produjeron un chip capaz de llevar a cabo 1.024 reacciones simultáneamente, lo cual en un sistema de pruebas permitió identificar potentes inhibidores de la enzima anhidrasa carbónica bovina.

Mil ciclos de procesos complejos, entre ellos el muestreo controlado, la mezcla de una biblioteca de reactivos y el aclarado secuencial de microcanales, tuvieron lugar en el microchip y se completaron en apenas unas cuantas horas. De momento, el equipo de la UCLA se ha limitado a analizar los resultados de las reacciones de forma autónoma, pero en un futuro, pretenden automatizar también este aspecto del trabajo.

“Las preciosas moléculas enzimáticas necesarias para una sola reacción click in situ en un laboratorio tradicional se pueden dividir ahora en cientos de duplicados para realizar cientos de reacciones en paralelo, revolucionando así el procesos de laboratorio, reduciendo el consumo de reactivos y acelerando el proceso de identificación de posibles candidatos a fármacos”, señaló el Dr. Tseng. Los próximos pasos del equipo incluyen el estudio de esta tecnología de microchip para otras reacciones en las que el suministro de sustancias químicas y muestras de materiales es limitado; por ejemplo, con una clase de enzimas proteicas llamadas kinasas, que desempeñan un papel fundamental en la transformación maligna del cáncer.

El trabajo, detallado en el artículo “An integrated microfluidic device for large-scale in situclick chemistry screening” ha sido financiado por la NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, una iniciativa global diseñada para acelerar la aplicación de la nanotecnología a la prevención, el diagnóstico y el tratamiento del cáncer. También participaron en el estudio investigadores de Siemens Medical Solutions y de la universidad china de Wuhan. El abstract está disponible en el sitio Web de la revista.

Fuente: Physorg

Nanopartículas que matan las bacterias resistentes a los antibióticos

Nuevo material basado en nanotecnología elimina las bacterias resistentes

Loa médicos no están bien armados en la lucha contra las bacterias resistentes a los antibióticos. Es muy difícil –o, en el peor de los casos, imposible– combatir estas infecciones. Ahora, un equipo de investigadores de Münster ha desarrollado un material único, basado en nanotecnología, que elimina este tipo de bacterias.

En el trabajo participaron investigadores de la Universidad de Münster y del CeNTech (Center for NanoTechnology); la Prof. Luisa De Cola dirigió a los químicos y el Prof. Berenike Maier a los biólogos.

“Por primera vez hemos mostrado que es posible equipar a las nanopartículas con las funciones siguientes: las partículas se adhieren específicamente a las bacterias, las marcan y, a continuación, las eliminan”, señala el Dr. Cristian Strassert, del Instituto de Física de la WWU (Western Washington University), que dirigió el trabajo.

El material de partida utilizado por los investigadores son los llamados nanocristales de zeolito-L. Mediante un proceso simple y barato a estas nanopartículas se les añade un componente que permite que las partículas se adhieran a la superficie de las bacterias. Además, se equipa a las partículas con un colorante que brilla en color verde al observarlo con un microscopio de fluorescencia, lo que permite visualizar las bacterias. La eficacia de las nanopartículas se basa en el método de “terapia fotodinámica”, a través del cual la exposición a la luz pone en marcha una reacción que elimina las células bacterianas. Los investigadores añadieron también un tercer material a los nanocristales que se activa por luz roja y produce ciertas moléculas de oxígeno agresivas. Estas moléculas de oxígeno – “oxígeno singulete”– inician una reacción en cadena que destruye las células bacterianas.

Hasta ahora, las nuevas nanopartículas se han adherido por medio de una interacción electrostática a tipos de bacterias con ciertas propiedades de superficie (“gram-negativas"). Ahora, los investigadores están trabajando para lograr que se unan a otros tipos posibles de bacterias y para incrementar la especificidad de unión. En un futuro el método se podría utilizar para tratar ciertas bacterias en enfermedades localizadas.

“Además”, señaló Strassert, “estamos estudiando la posibilidad de que el método se pueda utilizar no sólo para combatir a las bacterias resistentes a los antibióticos, sino también en el tratamiento del cáncer de piel”. Para este fin, los científicos pretenden lograr que las nanopartículas se unan de forma específica a las células cancerosas. “Si lo logran, sería concebible que, en un futuro, las nanopartículas se pudieran aplicar sobre la piel en forma de crema”, señala Strassert. “Entonces, mediante la exposición a la luz, las partículas se podrían activar y destruir las células cancerosas”.

Fuente: Nanowerk

Cambio de espín en dispositivos de almacenimiento

Las partículas magnéticas diminutas, ya sean adheridas a cinta adhesiva o como recubrimiento de un disco duro, son la base de los dispositivos de almacenamiento de datos modernos. La información está codificada en la orientación magnética de estas partículas, pero las partículas pueden, en ocasiones, cambiar su orientación de forma espontánea, algo que puede corromper los datos.

Ahora, investigadores de los laboratorios LBL (Lawrence Berkeley Laboratory) y ANL (Argonne National Laboratory) informan de que este cambio se produce de una forma mucho más compleja de lo que pensaba anteriormente.

Su trabajo, publicado en la revista Physical Review Letters, ha sido resaltado en el ejemplar del 14 de septiembre de la revista Physics.

Los científicos saben desde hace tiempo que el cambio de espín se vuelve más probable a medida que el tamaño de un conjunto (clúster) de nanopartículas disminuye. Pero Stefan Krause y su equipo descubrieron que este no es el final de la historia. El cambio de espín se produce en forma de reacción en cadena junto a un clúster y la forma de éste puede potenciar o dificultar esta propagación.

Manipular la forma de un clúster e incluso insertar impurezas puede determinar si es más o menos probable que se un cambio de active y se propague, añadiendo posiblemente una nueva dimensión de control al diseño de los dispositivos magnéticos.

Fuente: Science Daily

Nanodiamantes para terapia génica

Según una nueva investigación de científicos estadounidenses y japoneses, los nanodiamantes se podrían utilizar como eficaces vehículos de transferencia génica. Estos nanomateriales son menos tóxicos para las células en comparación con otros materiales basados en el carbono, como los nanotubos de carbono, y son intrínsecamente biocompatibles.

La terapia génica es un modo relativamente nuevo de tratar varias enfermedades, desde trastornos hereditarios a cánceres. La técnica implica introducir material genético extraño en células huésped para ayudar a los genes anómalos a funcionar normal otra vez, o bien para proporcionar funciones biológicas adicionales a los genes sanos existentes. Sin embargo, los progresos en el campo han sido difíciles por la falta de métodos de transferencia seguros.

Hay dos enfoques principales para la transferencia génica: el viral y el no viral. La técnica viral e sla más favorecida actualmente, debido a que los virus pueden infectar eficazmente las células; han evolucionado para hacer simplemente eso. Pero también es peligrosos y ha llegado a conducir a un cáncer e incluso a la muerte, en algunos casos.

Los vectores no virales, por otro lado, como ciertos tipos de polímeros, han mostrado ser menos tóxicos, pero también son menos eficaces a la hora de entrar en la célula. Ahí es donde entran unos nanotransportadores como los nanodiamantes. Puesto que estos materiales se pueden dispersar en agua, son estables y pueden entrar fácilmente en las células. Y, a diferencia de otros nanomateriales que causan inflamación celular, éstos no son tóxicos.

Dean Ho, de la Universidad de Northwestern, y sus colegas han mostrado ahora que modificar las superficies de los nanodiamantes con polietileneimina 800 (PEI800) –un polímero disponible en el mercado y comúnmente utilizado en la transferencia génica– mejora hasta 70 veces la transferencia génica al interior de las células en comparación con el uso de PEI800 en solitario. Los científicos utilizaron una secuencia de ADN que codifica una proteína verde fluorescentes para demostrar cómo se podrían transferir con éxito los genes al interior de las células. Al introducirlos en forma de partículas, los complejos de ADN, PEI800 y nanodiamantes producen cambios genéticos que hacen que las células se vuelvan fluorescentes. Esto indica que la transferencia génica ha tenido lugar.

“Los nanodiamantes poseen varias propiedades beneficiosas, entre ellas su procesamiento escalable, biocompatibilidad y capacidad para transferir casi cualquier tipo de sustancias terapéuticas (por ejemplo, pequeñas moléculas, ácidos nucleicos y proteínas)”, señaló Ho para nanotechweb.org. “Sus propiedades de superficie también se pueden modificar con polímeros como el PEI800 y una gama de secuencias de ADN para el tratamiento de varias enfermedades”.

El equipo está desarrollando ahora nanodiamantes multifuncionales que puedan transportar varias sustancias terapéuticas, agentes diana o de formación de imágenes, entre otros componentes, en un solo sistema. “Todavía hay muchas dificultades por superar antes de llegar a los ensayos preclínicos, pero las propiedades de los nanodiamantes que hemos observado constituyen unos cimientos prometedores”, señaló Ho.

El trabajo ha sido publicado en ACS Nano.

Fuente: Nanotech Web

Nanotecnología y el desarrollo de vacunas

Científicos de la Universidad Estatal de Oregón (OSU) han desarrollado un nuevo "adyuvante" que podría permitir la creación de nuevas vacunas importantes, convertirse posiblemente en un vehículo universal para vacunas y ayudar a los expertos médicos a combatir muchas enfermedades con mayor eficacia.

Los adyuvantes son sustancias que no son inmunogénicas de por sí, pero potencian la respuesta inmunológica cuando se utilizan en combinación con una vacuna.

Sin embargo, debido a cuestiones de seguridad y toxicidad, solo hay un adyuvante vacuna –el hidróxido de aluminio o alumbre– que ha sido aprobado para su uso en humanos en los EEUU y se encuentra en vacunas comunes como la de la hepatitis B o la del tétanos. Aunque su uso está bastante extendido, el alumbre es comparativamente débil y solo funcionará con ciertas enfermedades.

El nuevo adyuvante está basado en nanopartículas preparadas con lecitina, un producto alimentario común. En modelos animales, ayudó a los antígenos proteicos a inducir una respuesta inmunológica más de seis veces más fuerte que cuando se utilizó alumbre. Los investigadores mostraron también que las nanopartículas de lecitina fueron capaces de ayudar a inducir una respuesta de anticuerpos razonable tras solo una inyección, mientras que hicieron falta al menos dos inyecciones para que el adyuvante alumbre funcionara.

Basándose en sus estudios, los investigadores creen que las nanopartículas de lecitina tienen numerosas aplicaciones potenciales y posiblemente un buen perfil de seguridad. Sus resultados se acaban de publicar en la revista Journal of Controlled Release, una revista profesional del campo farmacéutico, como parte de un trabajo financiado por el Instituto nacional estadounidense de alergias y enfermedades infecciosas (National Institute of Allergy and Infectious Diseases).

"En muchos casos, para progresar en el desarrollo de vacunas necesitamos nuevos adyuvantes", señaló Zhengrong Cui, profesor ayudante de farmacia en la OSU y autor y persona de contacto del nuevo estudio. "El material debe ser seguro y la lecitina es un producto alimentario común de uso ampliamente extendido en farmacia. Esta nueva forma de utilizar nanopartículas de lecitina como adyuvante resulta prometedora y podría llegar a ser muy importante".

EL desarrollo de vacunas siempre ha sido difícil y, en ocasiones, controvertido, señaló Cui, debido a la preocupación de que puedan surgir efectos adversos al administrar la vacuna a personas sanas.

Fuente: Nanowerk

Nanotecnología y el sector de los plásticos

Interesante artículo sobre como se contempla los avances en nanotecnología desde la perspectiva del sector de los plásticos.

La nanotecnología ya está influyendo en la industria de los plásticos con la creación de nanocompuestos especiales que, una vez aplicados a los plásticos, dan lugar a piezas que son mejores en varios aspectos, además de tener un proceso de fabricación más barato.

Y ese es solo el comienzo.

¿Pero qué es lo “nano”?

Si alguien no está seguro de lo que es la nanotecnología, que no se preocupe, que no está solo. "Hay mucha gente muy inteligente que no entiende la nanotecnología", señaló Don Rosato, analista de investigación de Frost & Sullivan en Concord, Massachussets. "Al ver el prefijo ‘nano’ –que significa diminuto en griego– saben que se refiere a algo muy pequeño, pero más allá todo el proceso resulta misterioso".

La nanotecnología es, de hecho, un campo muy amplio y heterogéneo de la tecnología. Como tecnología habilitadora, crea el marco para el desarrollo de diversas innovaciones en muchos campos, que van desde el sector de la automoción, al de la electrónica o el farmacéutico. La palabra "nanotecnología" describe materiales, estructuras y tecnologías relacionadas con la creación o la presencia de una dimensión espacial inferior a 100 nanómetros. "Un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro", señaló Rosato. "Para tener una perspectiva, el diámetro de un cabello humano mide unos 50.000 nanómetros".

A este nivel tan diminuto, las propiedades químicas, físicas y biológicas de los materiales son diferentes a las que tienen con un tamaño más grande y, a menudo, los nanomateriales se comportan de forma diferente a los materiales tradicionales, incluidos los polímeros. Para el mundo de la fabricación, esto es lo que la hace apasionante: las propiedades especiales de estas partículas microscópicas se pueden utilizar para desarrollar materiales que ofrezcan ventajas importantes en nuestro mundo macroscópico, como mejor resistencia, mejor dureza mecánica, mejor resistencia a los UV o mejor conductividad eléctrica y térmica.

En la industria de los plásticos, la nanotecnología implica, básicamente, que los nanocompuestos se incluyen en el plástico. "Las principales ventajas de la utilización de nanomateriales en los productos plásticos son la obtención de mayor rendimiento con un coste inferior y unos niveles de material más eficaces", señaló Rosato. La capacidad de ofrecer un rendimiento más elevado que el que pueden ofrecer las propiedades de los materiales tradicionales es de sobra conocida: por ejemplo, si ponemos una nanoarcilla en la defensa o parachoques de un automóvil, conseguiremos una mayor resistencia al impacto durante un período de tiempo más largo y con un nivel de carga inferior que con otros materiales tradicionales.

Más que dureza

La dureza no es el único beneficio de la nanotecnología. Según un informe sobre ciencia a nanoescala elaborado recientemente por el Committee on Technology, National Science and Technology Council, muchas de las aplicaciones de los plásticos que están en uso hoy en día pueden reducir considerablemente su tamaño, mejorando al mismo tiempo su eficacia. Según el informe: "Gracias al uso de la nanotecnología, ya hay en el horizonte procesadores de memoria del tamaño un sello postal, pero que todavía son capaces de almacenar una cantidad de información equivalente a la de 25 DVD". "Igualmente, con la nanotecnología se podrían fabricar paneles solares con un coste muy inferior a lo que cuestan actualmente".

También se están creando nanotubos de plástico con nanotecnología. Estos nanocompuestos tienen, generalmente, un diámetro de 50 a 150 nanómetros y se utilizan para conducir la electricidad. Estos nanotubos tienen la capacidad de conducción de corriente del cobre, pero además, son extremadamente flexibles, ligeros y duraderos. Se espera que esta tecnología acabe conduciendo a la creación de pinturas, siliconas, recubrimientos, selladores, fibras y adhesivos conductores. Se cree que estos tubos y láminas espesas podrían tener un valioso potencial para la industria de la automoción, la aeroespacial y la química.

Por último, ya se han creado también espumas especiales de nanocompuestos. Es probable que, con el tiempo, estas espumas reemplacen al plástico sólido porque son más ligeras, pero con el mismo aspecto de los plásticos sólidos. Los posibles usos para los nanocompuestos en espuma incluyen las tazas de café, los recipientes de comida rápida, el aislamiento de las casas, el relleno de las alfombras, los pañales desechables, los cojines y los materiales de empaquetado.
La nanotecnología también es un tema en boga entre los gobiernos y los investigadores de las instituciones académicas. "Es un área que recibe gran cantidad de financiación del gobierno", señaló Don Rosato. "La mayoría de las universidades, incluidas varias de Canadá, están investigando en nanotecnología".

Esta creciente aceptación se ve reflejada en el amplio número de proveedores de materiales plásticos que están profundizando en el campo. "En el 2006 habría unos 200 productos plásticos de uso final fabricados con nanotecnología", señaló Rosato. "Hoy en día, hay unos 600. De los proveedores de materiales de todo el mundo, los más importantes –BASF, Bayer, DuPont, Dow, Sabic Innovative Plastics, Lanxess, DSM y Clariant– se están implicando más en el tema".
Por mencionar un ejemplo, Clariant Masterbatches está cooperando, actualmente, con varias compañías alemanas en un proyecto diseñado para utilizar la tecnología de los nanotubos de carbono (CNT) para reducir el coste de las pilas de combustible ecológicas de baja temperatura. "Las aplicaciones relacionadas con los nanotubos de carbono han experimentado un enorme desarrollo debido a las propiedades únicas del material, entre las que se incluyen una dureza, resistencia y conductividad eléctrica excepcionales", comentó el Dr. Ralph Rutte, jefe de producción y tecnología de Clariant Masterbatches Division, en Muttenz, Suiza. "Se espera que el uso de nanotubos de carbono en lugar de relleno de grafito convencional y negro de carbón en las placas de las pilas de combustible proporcione una mejor conductividad. El beneficio para los fabricantes de plásticos es que, procesando los compuestos de los materiales de los CNT en máquinas moldeadores de inyección estándares, pueden reducir los costes de producción al mismo tiempo que aumentan la productividad".

Pero aunque el futuro de la nanotecnología en los plásticos parezca ilimitado, todavía hay algunos obstáculos que superar. Por ejemplo, los que critican la nanotecnología sostienen que ciertas sustancias podrían volverse tóxicas al manipularlas en una escala tan pequeña. También existe el temor de que algunas de estas sustancias manipuladas puedan causar daños en el sistema inmunológico en caso de inhalación, absorción a través de la piel o ingestión; un posible golpe para los fabricantes de moldes componentes médicos que esperaban incorporar los nanocompuestos a sus productos. "Hay posibilidades de que las nanopartículas de aplicaciones médicas atraviesen la barrera hematoencefálica", señaló Don Rosato. "Es un problema en el que están trabajando los investigadores, pero todavía no saben cómo resolverlo".

Independientemente de estas dificultades, no hay duda de que los dirigentes de la industria de los materiales plásticos están recibiendo la nanotecnología con los brazos abiertos.

Analizador de aliento para detectar cáncer de pulmón

Un equipo de científicos de Israel ha diseñado un analizador de aliento portátil que detecta el cáncer de pulmón con un 86% de precisión. El dispositivo podría ofrecer un sistema rápido de aviso que permita detectar la enfermedad antes de que los tumores sean visibles con rayos X.

"Nuestros resultados son muy prometedores para realizar diagnósticos y visionados de cáncer de pulmón rápidos, sencillos y rentables", señalaron los investigadores.
El sensor utiliza nanopartículas de oro para detectar los niveles de los llamados compuestos orgánicos volátiles (VOC, por sus siglas en inglés), que son más elevados en los pacientes con cáncer.

Una pronta detección del cáncer de pulmón incrementa considerablemente las oportunidades de supervivencia. Actualmente, tan solo un 15% de los casos se descubren antes de que la enfermedad se haya empezado a expandir.

El visionado por medio de tomografías computerizadas (TC) o rayos X del pecho puede reducir las muertes por cáncer de pulmón, pero es caro y expone a los pacientes a una radiación no deseada.

En el estudio, un equipo de investigadores dirigido por Hossam Haick, del Instituto Tecnológico de Israel, tomó muestras del aliento de 56 personas sanas y 40 pacientes con cáncer de pulmón.

Para evitar los contaminantes, durante cinco minutos los participantes llenaron al máximo sus pulmones varias veces a través de un filtro que eliminó el 99,99% de los compuestos orgánicos del aire, un proceso denominado "limpieza pulmonar".

A continuación, los científicos buscaron los VOC que, al estar presentes únicamente en los pacientes con cáncer, sirvieron como biomarcadores de la enfermedad.

Encontraron 33 compuestos que aparecieron en al menos el 83% del grupo de los pacientes con cáncer, y en menos del 83% del grupo de control.

El siguiente paso era diseñar un montaje de sensor químico utilizando nanopartículas de oro de cinco nanómetros de ancho.

El tamaño medio de un cabello humano es de unos 100.000 nanómetros de ancho.
Tras "entrenar" a las matrices para detectar una selección de los VOC específicos del cáncer, Haick y su equipo lo probaron tanto en mezclas artificiales de biomarcadores como en aliento humano real.

Según concluyeron los investigadores, los dispositivos fueron capaces de "distinguir entre el aliento de los pacientes con cáncer de pulmón y el de los pacientes sanos del grupo de control, sin necesidad de deshumidificación o preconcentración de los biomarcadores del cáncer de pulmón".

Los investigadores sugirieron también que la técnica se podría extender a otras formas de cáncer.

"Dado el impacto de la creciente incidencia del cáncer en los presupuestos sanitarios de todo el mundo, la tecnología propuesta supondrá un ahorro importante para el gasto sanitario tanto público como privado", señalaron.

Fuente: AFP