1.2. Nanoestructuras

Se definen como aquellos objetos en el que, al menos, una de sus dimensiones se encuentra en el rango de la nanoescala (1-100 nm). Entre las nanoestructuras más comúnmente empleadas en el campo de la nanomedicina destacan:

▣       Micelas: estructuras con forma esférica o globular en la que las moléculas que la constituyen se componen de una cabeza polar o hidrofílica (afín al agua) y una cola apolar o hidrofóbica (que repele el agua). La primera de ellas se posiciona en la región exterior de la micela formando una capa en contacto directo con el líquido circundante, la segunda se dispondrá hacia el interior constituyendo el núcleo de esta nanoestructura.

Su tamaño típico se sitúa en torno a los 50 nm y se emplean en el transporte y liberación de fármacos insolubles en agua, los cuales son confinados en el núcleo hidrofóbico de la micela, estando así, protegidos del ambiente acuoso exterior.
Una de sus características más importantes es que pueden transitar por el torrente sanguíneo durante un período de tiempo superior al que lo hacen otro tipo de partículas al evitar la acción de los macrófagos^[1].

▣      Liposomas: vesículas cerradas compuestas por bicapas lipídicas (dos capas de lípidos enfrentadas por sus colas hidrofóbicas), que en función del número de éstas se clasifican en unilaminares y multilaminares. Las primeras se caracterizan por contar con un núcleo acuoso para el transporte de fármacos solubles en agua, en cambio, las segundas hacen lo propio con fármacos liposolubles.

Administrados por vía intravenosa los liposomas son rápidamente eliminados por el sistema reticuloendotelial (RES)^[2], además de que, fuerzas de Van der Waals, hidrofóbicas y electrostáticas pueden desintegrarlos. Para evitarlo se recubren con polímeros inertes como el polietilenglicol (PEG), lo que posibilita su circulación por el organismo sin ser excretados.

Algunos liposomas se diseñan para ser degradados justo donde se necesitan, por ejemplo: en zonas de bajo pH (es el caso de regiones tumorales con hipoxia^[3]), a otros se les acopla sobre su superficie anticuerpos o ligandos (moléculas que se unen a receptores celulares específicos) para que actúen de manera directa sobre dichos receptores, y una tercera técnica consiste en el desarrollo de liposomas modificables con la temperatura, que son guiados hasta los tejidos tumorales diana mediante hipertermia.

▣      Dendrímeros: sistemas tridimensionales con apariencia de árbol, consistentes en una molécula central con muchas ramificaciones. Su forma y tamaño son controlados de modo muy preciso, realizándose mediante polimerización partiendo del núcleo, o sintetizándose en sentido inverso, desde la periferia finalizando en el núcleo de la estructura.

Los dendrímeros se presentan como buenos candidatos para el transporte de fármacos, ya que se caracterizan por su alta estabilidad y la funcionalización (unión de grupos funcionales sobre la nanopartícula) de su superficie mediante interacciones físicas o químicas.
Pueden trasladar una gran variedad de moléculas tanto hidrofílicas como hidrofóbicas, sirviendo también como vectores para la liberación de genes, agentes de contraste en diagnóstico por imagen, fármacos y agentes anticancerígenos.

▣      Nanoesferas: estructuras esféricas compuestas de sistemas matrices en las que el fármaco es distribuido en su interior por encapsulamiento, acoplamiento o confinamiento. La superficie de la nanoesfera se modifica con la adición de polímeros y materiales biológicos (ligandos o anticuerpos del mismo modo que los liposomas) con el propósito de que alcancen la diana a la que va dirigido el fármaco.

▣      Nanocápsulas: sistemas vesiculares donde el fármaco es confinado en una cavidad o núcleo central, el cual, está rodeado por una membrana polimérica externa a la que se pueden unir anticuerpos o ligandos. El material del núcleo puede ser tanto sólido, líquido o incluso gaseoso, siempre inmerso en un ambiente líquido o graso.

▣      Nanotubos de carbono: estructuras cilíndricas mono o multicapa compuestos normalmente por grafito u otro material de carbono. Liberan su carga de manera específica en células diana gracias al ser funcionalizados con proteínas, ácidos nucleicos o péptidos^[4] bioactivos, lo que al mismo tiempo los convierte en unas partículas con baja toxicidad. Al no ser inmunogénicos (no producen respuesta inmune) se convierten en excelentes candidatos para el transporte y liberación controlada de fármacos.

▣      Nanopartículas poliméricas: son uno de los materiales preferidos en nanomedicina al ser la gran mayoría de ellas biodegradables y biocompatibles. Entre sus ventajas se encuentran: la posibilidad de modificación de su superficie mediante transformaciones químicas, el encapsulamiento de la carga a transportar, la administración de una amplia variedad de agentes terapéuticos y un excelente control farmacocinético^[5] de los mismos.

El recubrimiento polimérico con el que cuentan reduce la inmunogenicidad y limita su fagocitosis por el sistema reticuloendotelial (RES), incrementando así, los niveles en sangre del fármaco transportado en órganos como el cerebro, los intestinos y los riñones. Suelen diseñarse, de tal modo, que son sensibles a su entorno, liberando el fármaco que contienen al responder tanto a estímulos físicos (temperatura, solventes, luz), como a estímulos químicos (reactantes, pH, iones en solución o reconocimiento químico).

▣      Nanopartículas inorgánicas: partículas compuestas, normalmente, por sílice (SiO₂) o alúmina (Al₂O₃). Sin embargo, su núcleo no se limita a estos dos materiales, sino que puede formarse con cualquier tipo de metal, óxidos y sulfuros metálicos, lo que conduce a una miríada de nanopartículas con amplia variedad de forma, tamaño y porosidad.
Habitualmente, se diseñan con el fin de evitar el RES modificando para ello su tamaño y composición superficial. Suelen ser porosas con un revestimiento físico que protege la carga transportada de una posible degradación o desnaturalización.

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[1] Células del sistema innunitario de grandes dimensiones presentes en diferentes órganos.

[2] Sistema formado por un grupo de células cuya función es capturar partículas inertes en el organismo.

[3] Estado de deficiencia de oxígeno en la sangre, células o tejidos.

[4] Moléculas formadas por la unión de varios aminoácidos.

[5] Control de los procesos a los que un fármaco es sometido en su paso a través del organismo.

Fuentes: Barbara Haley, Eugene Frenkel, Nanoparticles for drug delivery. Elsevier, 2008.
             Jose Manuel González, Marta López, Gema Ruiz. Informe de vigilancia tecnológica, nanomedicna 2006
             Amir H. Faraji, Peter Wipf. Nanoparticles in cellular drug delivery. Elsevier, 2009