Nanobiotecnología

(Última Actualización: marzo 21, 2019)

La nanobiotecnología es la aplicación de las nanotecnologías en los campos biológicos. Químicos, físicos y biólogos ven la nanotecnología como una rama de su propia materia, y las colaboraciones en las que cada uno de ellos contribuye por igual son comunes. Un resultado es el campo híbrido de la nanobiotecnología que utiliza materiales biológicos de partida, principios de diseño biológico o tiene aplicaciones biológicas o médicas.

Mientras que la biotecnología se ocupa de los procesos metabólicos y otros procesos fisiológicos de los sujetos biológicos, incluidos los microorganismos, en combinación con la nanotecnología, la nanobiotecnología puede desempeñar un papel vital en el desarrollo y la aplicación de muchas herramientas útiles en el estudio de la vida.

Aunque la integración de los nanomateriales con la biología ha llevado al desarrollo de dispositivos de diagnóstico, agentes de contraste, herramientas analíticas, terapias y vehículos de liberación de fármacos, la investigación en bionanotecnología está todavía en su infancia.

Aplicaciones de la nanobiotecnología en medicina

La nanotecnología en medicina es un área amplia que abarca el diagnóstico de enfermedades, la administración de medicamentos específicos y las imágenes moleculares.

En particular, gracias a la nanoelectrónica, el sector médico experimentará profundos cambios explotando los puntos fuertes tradicionales de la industria de los semiconductores: la miniaturización y la integración. Mientras que la electrónica convencional ya ha encontrado muchas aplicaciones en biomedicina – monitoreo médico de señales vitales, estudios biofísicos de tejidos excitables, electrodos implantables para la estimulación cerebral, marcapasos y estimulación de extremidades – el uso de nanomateriales y aplicaciones a nanoescala traerá un nuevo impulso hacia la electrónica implantada en el cuerpo humano.

En articulos anteriores ya hemos cubierto numerosos avances de investigación en esta área:

El desarrollo de un sistema nanobioelectrónico que desencadena la actividad enzimática y, en una vena similar, la liberación de fármacos de origen eléctrico a partir de nanomembranas inteligentes; una retina artificial para la visión en color; alcoholímetros basados en nanomateriales como herramientas de diagnóstico; nanogeneradores para alimentar biosistemas e implantes autosostenidos; la futura bio-nanotecnología podría incluso utilizar chips de ordenador dentro de células vivas.

Se está trabajando mucho en nanotecnología en el área de la investigación cerebral. Por ejemplo, el uso de una cuerda de nanotubos de carbono para estimular eléctricamente las células madre neurales, la nanotecnología para reparar el cerebro y otros avances en la fabricación de interfaces nanomateriales-neurales para la generación de señales.

Micrografía TSEM de una neurona hipocampal de rata cultivada cultivada en una capa de nanotubos de carbono purificados. (Imagen: Laura Ballerini, Universidad de Trieste)

Sensores y diagnósticos

La detección molecular y la electrónica molecular es un área diversa que puede incluir cambios moleculares de conformación, cambios en la distribución de la carga, cambios en la absorbancia y emisión óptica, o cambios en la conductividad eléctrica a lo largo o a través de moléculas de forma simple o compleja, todo en respuesta a un insumo objetivo. Cada uno de estos enfoques puede integrarse en un sistema de transducción que proporcione un cambio mensurable y deseado en respuesta a una serie de insumos específicos. La capacidad de integrar estos mecanismos de transducción con biomoléculas o de utilizar biomoléculas como fuente de dichos materiales proporciona, en mayor o menor medida, biocompatibilidad con otros sistemas.

Los nanobiosensores plasmónicos podrían convertirse en un activo clave de la medicina personalizada al ayudar a diagnosticar enfermedades en una fase temprana.

En otros trabajos, los nanobiosensores que fueron diseñados originalmente para detectar herbicidas pueden ayudar a diagnosticar la esclerosis múltiple y un nuevo tipo de nanobiosensor basado en teléfonos inteligentes ha demostrado ser prometedor para la detección temprana de la tuberculosis.

Los sensores de acetato de celulosa recubiertos de plata y fullereno son flexibles y se pueden utilizar para detectar la tuberculosis en etapas tempranas. El recuadro muestra un esquema de detección basado en teléfonos inteligentes para su uso en entornos de punto de atención.

Los puntos cuánticos y los nanoclusters de metales nobles son áreas muy activas y apasionantes en el campo de la bionanotecnología, con nuevos avances constantes en la adaptación de estas tecnologías en la creación de nuevos biosensores y dispositivos bioelectrónicos.

Integración del ADN y otros ácidos nucleicos con nanopartículas

La integración funcional del ADN y otros ácidos nucleicos con nanopartículas en todas sus diferentes formas físico-químicas ha producido una rica variedad de nanomateriales compuestos que, en muchos casos, presentan propiedades únicas o aumentadas debido a la actividad sinérgica de ambos componentes. Por ejemplo, los investigadores han fabricado un biosensor de impedancia de ADN para la detección temprana del cáncer o la detección rápida del virus de la gripe.

Estas capacidades, a su vez, están atrayendo mayor atención de varias comunidades de investigación en busca de nuevas herramientas a nanoescala para diversas aplicaciones que incluyen (bio)detección, etiquetado, imagenología dirigida, entrega celular, diagnósticos, terapéutica, teranosis, bioelectrónica y biocomputación, por nombrar sólo algunas entre muchas otras.

El papel de la nanobiotecnología en el sector alimentario

El desarrollo de la nanotecnología en la alimentación y la agricultura ha dado lugar a aplicaciones de la nanobiotecnología que incluyen sistemas de liberación de plaguicidas mediante nanoencapsulación bioactiva; biosensores para detectar y cuantificar patógenos; compuestos orgánicos; otros productos químicos y alteración de la composición de los alimentos; sensores de alto rendimiento (lengua y nariz electrónicas); y películas delgadas comestibles para conservar la fruta.

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