¿Que es la nanobiotecnología? Y que la diferencia de otras ciencias

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

Si bien 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 fundamental en el desarrollo y la aplicación de muchos instrumentos útiles para el estudio de la vida.

Aunque la integración de los nanomateriales con la biología ha dado lugar al desarrollo de dispositivos de diagnóstico, agentes de contraste, instrumentos analíticos, terapia y vehículos de suministro de medicamentos, la investigación en bionanotecnología está todavía en sus comienzos.

La nanotecnología miniaturiza los procesos biológicos

En principio, tres aspectos convierten a la nanotecnología en nanobiotecnología:

  • estar en el tamaño nano en al menos dos dimensiones es crucial para el funcionamiento de la aplicación,
  • al menos un biocomponente debe formar parte de la aplicación y
  • debe existir la posibilidad de crear las unidades funcionales o controlar o dirigir la nanoescala.

La nanobiotecnología investiga y utiliza la transferencia entre «bio» y «nano» en cualquier dirección: de «bio» a «nano» (bio2nano) y viceversa (nano2bio).

Bio2nano

Bio2nano se refiere al uso de principios y materiales biológicos para crear nuevos dispositivos y sistemas integrados a partir de la nanoescala, por ejemplo en los campos de la información, la comunicación, la energía y el medio ambiente.

Nano2bio

Por el contrario, nano2bio aplica la nanotecnología a los procesos biológicos con el fin de miniaturizarlos, controlarlos o apoyarlos, por ejemplo para producir superficies biofuncionales.

Las superficies biofuncionales son superficies que han sido tratadas con métodos nanotecnológicos para que promuevan o impidan el crecimiento de las células, por ejemplo en los stents, que no deben obstruirse. Las nanopartículas también desempeñan una función en los sistemas de administración de medicamentos, en los que se utilizan como vehículos para llevar sustancias médicas a lugares específicos del cuerpo humano.

Mas abajo encontrará una explicacion mas profunda de estos dos terminos

Aplicaciones de la nanobiotecnología en la medicina

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

En particular, gracias a la nanoelectrónica, el sector médico experimentará profundos cambios aprovechando 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 – vigilancia médica de las señales vitales, estudios biofísicos de los tejidos excitables, electrodos implantables para la estimulación del cerebro, marcapasos y estimulación de las extremidades – el uso de nanomateriales y aplicaciones a nanoescala dará un nuevo impulso a la electrónica implantada en el cuerpo humano.

Se está trabajando mucho en nanotecnología en el área de la investigación del cerebro. 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 nanomaterial-neural para la generación de señales.

Microfotografía TSEM de una neurona del hipocampo de una rata cultivada que crece en una capa de nanotubos de carbono purificados. (Imagen: Laura Ballerini, Universidad de Trieste)

Sensores y diagnósticos

La detección y la electrónica molecular es un área diversa que puede incluir cambios en la conformación molecular, cambios en la distribución de las cargas, cambios en la absorción y emisión óptica, o cambios en la conductividad eléctrica a lo largo o a través de moléculas de forma simple o compleja, todo ello en respuesta a un objetivo de entrada.

Cada uno de estos enfoques puede integrarse en un sistema de transducción que proporcione un cambio medible y deseado en respuesta a una entrada específica o a una gama de entradas. La capacidad de integrar esos mecanismos de transducción con biomoléculas o de utilizar las biomoléculas como fuente de esos materiales proporciona, en diversa medida, biocompatibilidad con otros sistemas.

Los nanobiosensores plasmónicos, podrían convertirse en última instancia en un activo clave de la medicina personalizada al ayudar a diagnosticar enfermedades en una etapa temprana.
En otros trabajos, el nanobiosensor que se diseñó originalmente para detectar herbicidas puede ayudar a diagnosticar la esclerosis múltiple y un nuevo tipo de nanobiosensor basado en un teléfono inteligente se ha mostrado prometedor para la detección temprana de la tuberculosis.

Los sensores de acetato de celulosa recubiertos de plata y de fullereno son flexibles y podrían utilizarse para detectar la tuberculosis en etapas tempranas. En el recuadro se muestra un esquema de detección basado en un teléfono inteligente para su uso en los puntos de atención.

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

La integración de ADN y otros ácidos nucleicos con nanopartículas

La integración funcional del ADN y otros ácidos nucleicos con las 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.

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Estas capacidades, a su vez, están atrayendo una mayor atención de diversas comunidades de investigación en busca de nuevas herramientas a nanoescala para diversas aplicaciones que incluyen la (bio)detección, el etiquetado, la obtención de imágenes específicas, la entrega de células, el diagnóstico, la terapéutica, la terapéutica, la bioelectrónica y la bioinformática, 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 en las que se incluyen sistemas de suministro 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 finas comestibles para conservar la fruta.

Nanotecnología y Biotecnología – Similitudes y diferencias

Diferencia entre la nanotecnología y la biotecnología

Una diferencia fundamental entre la biotecnología y la nanotecnología es la naturaleza de los materiales.

  • La biotecnología utiliza biomoléculas y organismos para desarrollar terapias farmacéuticas, tratamientos e investigaciones médicas e innovaciones agrícolas. Las moléculas utilizadas pueden incluir anticuerpos, ácidos nucleicos como el ADN y el ARN, proteínas y hormonas, virus, células y bacterias humanas y células vegetales. Si bien las biomoléculas suelen tener un tamaño de entre 3 y 15 nm, las células humanas y las células vegetales pueden llegar a medir hasta 25 y 100 micrones respectivamente, en su mayor tamaño.
  • La nanotecnología utiliza materiales inorgánicos y hechos por el hombre, que suelen tener un tamaño inferior a 100 nm.

La otra diferencia es el tipo de aplicaciones para las que se utiliza el material o la molécula.

  • La biotecnología se aplica a las ciencias de la vida.
  • La nanotecnología se centra generalmente en incrementos o avances computacionales, en un mejor rendimiento electrónico y en la producción y almacenamiento de energía para diversas aplicaciones.

La superposición entre la nanobiotecnología y la bionanotecnología

Sin embargo, estos campos se superponen en algunas áreas. Se llaman nanobiotecnología y bionanotecnología, y no son idénticas.

La nanobiotecnología se ocupa de la tecnología que incorpora nanomoléculas a los sistemas biológicos, o que miniaturiza las soluciones biotecnológicas hasta un tamaño nanométrico para lograr un mayor alcance y eficacia.

Esto puede dar lugar a ensayos y terapias más eficaces y baratas. A menudo se añaden biomoléculas al exterior de las nanopartículas para dirigir o utilizar moléculas específicas para un fin determinado.

Estas nanoestructuras híbridas se utilizan para fabricar biosensores o para obtener imágenes de ciertas partes del cuerpo. Las nanoestructuras también pueden ser diseñadas para incorporarlas a los sistemas del cuerpo alterando su solubilidad en el agua, la compatibilidad con el material biológico o el reconocimiento de los sistemas biológicos.

Para dar un ejemplo, el ADN es típicamente difícil de insertar en el núcleo de una célula debido a su forma de cadena. Sin embargo, si se monta en una nanopartícula esférica, el ADN esférico puede atravesar la célula y la membrana nuclear con facilidad. También pueden utilizarse anticuerpos y proteínas para recubrir nanomoléculas como tubos de carbono o nanopartículas de oro para realizar bioensayos fáciles y rápidos.

La bionanotecnología

La bionanotecnología, por otro lado, se ocupa de nuevas nanoestructuras creadas para aplicaciones sintéticas, con la diferencia de que éstas se basan en biomoléculas.

En otras palabras, los bloques de construcción de los que está hecha la nanoestructura son anticuerpos, ácidos nucleicos u otras moléculas de la vida.

Las moléculas utilizadas son típicamente auto-ensambladas y tienen un patrón de unión altamente predecible. Esto las hace ideales para el propósito de construir nanoestructuras funcionales, que pueden ser usadas para varias aplicaciones nanotecnológicas como la fabricación de nanomáquinas.

Estas moléculas están siendo investigadas porque tanto su estructura (nanocristales, nanoestructuras y nanomáquinas) como sus propiedades pueden adaptarse con bastante precisión.

La química de bioconjugado aprovecha así las diferentes propiedades funcionales de las biomoléculas y los nanomateriales, que comparten el mismo rango de tamaño, para una amplia gama de aplicaciones como:

  • para producir marcadores celulares más sensibles y específicos
  • para generar marcadores de muchos procesos biológicos
  • para adquirir mejores imágenes
  • para evitar que el sistema inmunológico reaccione y neutralice los sistemas de administración de drogas dirigidos

Estos beneficios se deben directamente a la nanoescala de la estructura. Por ejemplo, algunas nanoestructuras actúan como fluoróforos o producen otros efectos ópticos en la región del infrarrojo cercano del espectro de luz.

En esta región del espectro, los tejidos son realmente transparentes, y el recubrimiento de las nanopartículas apropiadas con biomoléculas específicas como los anticuerpos podría potencialmente ayudar a visualizar los tejidos o incluso a probar su función, utilizando tales fuentes de luz.

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Lucia Venegas Alfaro

Lucia ha sido parte de Nanova desde 2018, atraída al sitio por su peculiar carácter y artículos exhaustivos sobre los misterios de la Tierra y el comportamiento humano. Anteriormente fue editora asistente en la revista Que Interesante!, donde se ganó el aprecio de las mentes curiosas de los niños.