Nanobiologia

NANOBIOLOGIA 1. ¿Qué es la nanobiología y qué no es? La nanobiología   ( nano : es un prefijo que significa muy pequeño, tamaños inferiores a los 100 nanometros [nm]   1nm=   10 -9 de metro o 0, 000000001 metro y   biología : conocimiento acerca de los seres vivos) estudia la organización, composición molecular, estructura y función de las moléculas dentro de las células ya sea animales o vegetales. La nanobiología también tiene como objetivo diseñar, desarrollar y construir ”nanomaquinas” o “nanodispositivos” o “nanoinstrumentos” que puedan ser útiles para conocer acerca del funcionamiento de la células y/o diagnosticar enfermedades   y/o tratar las mismas Para estudios de nanobiología se utilizan instrumentos ópticos (microscopios muy poderosos) conocidos como nanoscopios (Microsscopios de súper-resolución) o microscopios ópticos. Estos instrumentos permiten observar estructuras moleculares con un tamaño menor a los 100 nm y con los microscopios electónicos es

Glosario Lab-on-a-chip: esto consiste en minúsculos dispositivos en los que realizar múltiples reacciones bioquímicas. Terapéutico: es un tratamiento que tiene como finalidad curar una enfermedad o aliviar sus molestias. Biocomputación : es la ciencia que estudia el desarrollo y la utilización de sistemas computacionales basados en modelos y materiales biológicos. Plasma: es la parte líquida de la sangre, está formado por agua, proteínas y glúcidos. Microtúbulos: son los componentes del citoesqueleto de las células eucariotas. Son esenciales durante los procesos morfogenéticos del desarrollo de los organismos. Fenyman: fue un físico teórico nacido en estados unidos, es conocido por sus importantes teorías como la teoría de la electrodinámica cuántica. Cirugía láser: es un método quirúrgico basado en el uso de la luz del láser. Es utilizado habitualmente para eliminar lunares, tatuajes… ADN: (ácido desoxirribonucleico) es la proteína compleja que se

      Los investigadores afirman que esta ciencia emergente tiene límites poco definidos y que se descubrirán muchas más utilizaciones de la nanobiología. Muchos de los descubrimientos pertenecerán al campo de la medicina, como crear órganos.           Hoy contamos con numerosos sistemas nanoestructurados nuevos con múltiples aplicaciones potenciales en el área biomédica. Es necesario, además de la caracterización físico-química de estos materiales (tamaño de partículas, potencial zeta, solubilidad, estabilidad, etc.), estudiar su interacción con los sistemas biológicos            Este conocimiento permitirá desarrollar nuevas terapias para el tratamiento de enfermedades como parto prematuro, cáncer, enfermedades neurodegenarativas, diabetes. La nanobiología será la salvación de muchas personas ya que habrá mucho desarrollo y más conocimiento. Un ejemplo son los avances en nano-cirugia donde se podrá operar casi directamene al órgano dañado.

      Las nanopartículas sí pueden llegar a contaminar,  ya que algunas nanopartículas tienen altos niveles de toxicidad, como las nanopartículas de los cosméticos. Un ejemplo es e l dióxido de titanio o el óxido de zinc que se encuentra en algunos productos de maquillaje y de protección solar, y que pueden contener partículas de rango nanométrico, que se han relacionado con el daño celular (incluso a nivel del ADN).     Además también está muy presente en la contaminación atmosférica, que ya ni siquiera la notamos.  Sin embargo, está ahí: matándonos poquito a poco .  Actualmente, se ha demostrado como algunas nanopartículas que respiramos podrían entrar en el torrente sanguíneo y provocar daño vascular. Esto ha sido demostrado poniendo a voluntarios a respirar nanopartículas de oro que respiradas de forma habitual no dañan la salud. Se ha visto que tardan  menos de 15 minutos en aparecer en la sangre  y permanecen ahí y en la orina hasta tres meses.    Tristemente, la tecno

    La nanobiología t iene por un lado un efecto positivo ya que presenta alternativas a los combustibles, que suelen tener  consecuencias negativas como el efecto invernadero. Una finalidad positiva es el uso de hidrógeno como fuente de energía limpia, lo que causará que haya menos contaminación en el medio ambiente. La nanobiología también puede eliminar trazas de sustancias tóxicas, residuos químicos, bacterias y otros patógenos.    Por otro lado tiene efectos negativos como por ejemplo si las nanopartículas catalizan alguna reacción o si liberan algún compuesto tóxico al ambiente, ya que la gran superficie de estas podría conducir a la liberación repentina de tal compuesto. También la composición química de las partículas, de los metales de transición y sus combinaciones con sustancias orgánicas en distintas proporciones podrían hacer que el grado de toxicidad varíe.    Otra consecuencia puede ser que los oraganismos puedan carecer de sistemas inmumes, ya que la gran parte

   Las últimas tendencias en nanobiología son nanosistemas pensados para la ingeniería de tejidos, es ta ingeniería utiliza la ingeniería  y las ciencias a la fabricación de sustitutos biológicos  que mantengan, mejoren o restauren la función de órganos y tejidos  en el cuerpo humano .   A menudo, los tejidos implicados necesitan ciertas propiedades mecánicas y estructuras para su propia función.  En el fondo incluye también las transfusiones, trasplantes, terapias génicas...    Otra tendencia es el experimental lab-on-a-chip.  Un lab on a chip se utiliza para el manejo de volúmenes de fluidos extremadamente pequeños, siendo una herramienta fundamental para el avance de la microfluidica.  El término microfluidos  se usa para describir dispositivos de control de flujo bombas y válvulas .     A su vez, debido a que unos de los objetivos fundamnetales de la nanobiología es observar a las nanomáquinas moleculares en funcionamiento, el Premio Nobel de Química del 2013 fue entreg

     La nanotecnología es una ciencia muy reciente, aplicada a muchos campos de investigación. Se basa en el estudio, análisis estructuración, formación y diseño y operación de materiales a escalas moleculares. La nanotecnología ha sido un importante complemento de la evolución de la ciencia, ya que se han realizado numerosos descubrimientos y avances muy ventajosos para la sociedad.            Se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja (nanométrica). Las nanotecnologías prometen beneficios de todo tipo, desde aplicaciones médicas nuevas o más eficientes a soluciones de problemas ambientales y muchos otros; sin embargo, el concepto de nanotecnología aún no es muy conocido en la sociedad.            Aunque en las investigaciones actuales con frecuencia se hace referencia a la nanotecnología (en forma de motores moleculares, computación cuántica, etcétera), es discutible que la nano

        La genética es el estudio de la herencia biológica de cada persona y esto se presenta en el ADN presente en cada una de nuestras células. La genética también nos puede ayudar a buscar un futuro más saludable conociendo tu predisposición genética, ya que el ADN de cada persona es único. Todos estos procesos se desarrollan a escalas minúsculas por ello también es conocido como nano-genética.             No fue sino hasta principios de la década de los cincuenta cuando Watson y Crick propusieron que el DNA era la molécula principal que jugaba un papel clave en la regulación de todos los procesos del organismo y de aquí se tomó la importancia de las moléculas como determinantes en los procesos de la vida.             La nanotecnología de ADN involucra el diseño y la construcción artificial de estructuras a partir de ácidos nucléicos con el propósito de usos tecnológicos. En la nanotecnología de ADN, los ácidos nucléicos son usados como materiales (no-biológicos) "de

    En la nano-ecología se aprecia como a escala muy pequeña se puede ayudar al medioambiente. Unos científicos australianos han creado unas nano-estructuras que eliminan las manchas de la ropa gracias a la luz. Estos científicos afirman que este tipo de estructuras son buenas ya que se limpian gracias a la luz, así se puede dejar de utilizar lavadoras.          Los primeros materiales usados fueron cobre y plata ya que atraen mejor el calor. Una vez puestos a la luz liberan energía para descomponer la materia orgánica en la ropa y de esta forma quitar la mancha. Se puede ver como así se ayuda al medioambiente y no hay gasto de agua y es todo con energía renovable.

    La nanomedicina, se puede definir como la ciencia y la tecnología utilizada en el diseño y evaluación de sistemas complejos, a escala nanométrica. Uno de los componentes es el principio activo o molécula biológicamente activa y, el segundo, es el propio sistema que permite una función especial relacionada con el diagnóstico, tratamiento, o prevención de una enfermedad. Se aprovechan para las enfermedades de muerte celular, como ocurre con el cáncer.    Una de las aplicaciones es el nanodiagnóstico. Gracias a esto se pueden indentificar  enfermedades en sus estados iniciales a nivel celular o molecular y preferiblemente, a nivel de una sola célula. Esto se puede conseguir mediante la utilización de nanodispositivos y sistemas de contraste.         Aunque es algo muy nuevo se pretende regenerar, reemplazar o reparar tejido dañado, como la regeneración nerviosa y la regeneración cerebral, además del nano diagnóstico que es la identificación de enfermedades en sus estados inici

    La llegada, de los láseres en los años 60, dio lugar al nacimiento de la cirugía láser. La reducción del impulso láser por debajo del nano-segundo permite comprender mejor su interacción con los tejidos biológicos y controlar las intervenciones quirúrgicas con una resolución del orden de algunas centenas de nanómetros.     Mediante la ionización de la materia por luz, la nanocirugía láser permite efectuar intervenciones quirúrgicas intracelulares tales como el corte de microtúbulos o de fibras sin dañar las estructuras de alrededor o comprometer la viabilidad celular. La formación del plasma de dimensiones nanométricas tiene lugar al focalizar pulsos muy cortos a través de objetivos con una gran apertura numérica que provocan la ionización de la materia. Imágen interactiva sobre la nanocirugia: https://view.genial.ly/5adb4c0421cb031fdb5aec08/imagen-interactiva                              

         El hidrógeno posee más energía que otros combustibles por peso, pero al ser tan ligero y su estado gaseoso hace que contenga menos energía por volumen que otros combustibles comunes. Además  no se encuentra libre en la naturaleza.   Estos factores condicionan su utilización como combustible, por lo que todavía no puede ser una alternativa al petróleo.      Hay diversas maneras de obtener hidrógeno pero hace falta descomponerlo de algún compuesto que lo tenga, como la orina. Actualmente, se puede obtener  a partir de la hidrólisis del agua y la luz solar y además  sería una fuente inagotable. N o obstante, la obtención del hidrógeno a partir de estos procesos siempre ha sido cara ya que el proceso consumía mucha energía y los catalizadores se basaban en metales preciosos como el platino.     Pero los científicos han conseguido desarrollar  catalizadores moleculares de la energía   a partir de metales más económicos como el níquel o el cobalto, los cuales sustituye

          Los materiales a escala nanométrica presentan en general propiedades diferentes a las que presentan las mismas composiciones en distinto estado (masivo), motivo por el cual, se incrementa cada día el interés por su estudio fundamental y sus aplicaciones en sistemas de nueva tecnología.      Un ejemplo es; usando el método poliol (alchol) se obtuvieron materiales nanométricos de óxido de itrio  (sustancia sólida blanca, utilizable para hacer láseres en estado sólido   Y2O3)  dopado (proceso intencionado para cambiar las propiedades eléctricas a un semiconductor puro, agregando impurezas)  con Terbio (elemento químico el cual s u óxido se utiliza en los fósforos verdes de lámparas de imágen   Tb3+) y Europio (elemento químico  activador de otros fosforescentes basados en el itrio  Eu3+).  Esto presenta un panorama general de la síntesis de las nanopartículas y la agregación de las mismas para formar nanoestructuras con propiedades luminiscentes. Los dos tipos de nan

    Se han realizado numerosos experimentos nanos biológicos con muy buenos resultados como nano-estructuras luminiscentes para la obtención de imágenes 3D de alta penetración y para el desarrollo de terapias muy poco invasivas. También se han desarrollado el conocimiento de partículas toxicas.         En el laboratorio (Laboratorio Neurobiología Instituto Investigación Médica Mercedes y Martín Ferreyra, (Córdoba) estudian desde hace muchos años los microtúbulos (MT), que son un conjunto de túbulos muy delgados (diámetro 20-25 nm) compuestos   por la proteína tubulina y que forman una red dentro de la célula que se denomina citoesqueleto.   ( Figuras 1 y 2).                                                                     (Figura 1) Red de microtúbulos (filamentos amarillentos que se ven dentro de las células; el núcleo celular se ve en azul)                                                                 Figura 2.   Imagen que muestra la estructura de MT

La nanobiologia tiene varios objetivos ya que se pueden desarollar y descubrir muchas cosas. Este campo científico está orientado a la ciencia molecular hace posible diseñar microchips electrónicos capaces de identificar en sólo ocho minutos, al colocar una gota de sangre, las enfermedades que padeció la familia del paciente y a cuáles puede ser propenso, así como el diseño de modernos fármacos capaces de atacar el cáncer a nivel atómico sin causar daño a las células sanas. Uno de los objetivos es poder estudiar las moléculas, los átomos, las células… y de esta manera poder ayudar en muchos aspectos científicos. También es aprovechar los fenómenos de hipertermia como mecanismo terapéutico en aquellas enfermedades cuya mejoría depende de la muerte celular, como ocurre en todas las formas de cáncer conocidas. Otro objetivo de la biología a nanoescala, es poder observar propiedades que no se ven en escalas micro o macro. Por ejemplo, medir propiedades físicas de proteínas indivi

La nanobiología tiene muchísimas aplicaciones distintas, que se extienden desde los chips de ADN hasta nanosistemas pensados para la ingeniería de tejidos. Sensores y membranas con componentes biológicos para aplicaciones ambientales, en la industria alimentaria, motores biomoleculares, obtención de energía a partir de células fotovoltaicas que incorporan microorganismos, biocomputación basada en la capacidad del ADN para almacenar y procesar información. También la generación de nuevo conocimeinto acerca del funcionamiento celular, Diseño de agentes terapeúticos “inteligentes”, nuevos procedimientos diagnósticos a nivel celular, distribución específica (en tejidos o células particulares) de fármacos (“remedios”), implantes biométricos; etc. De las áreas beneficiadas por la nanobiología probablemente sea la biomedicina la más fructífera. Aplicaciones basadas en hipertermia o en ingeniería de tejidos muestran potencial. Por ejemplo, se pretende generar tejidos a partir de células ma

        El concepto de las nanociencias en general tuvo su despegue formal gracias a una conferencia muy citada del Premio Nobel de Física Richard Feiman, que imaginaba lo interesante que sería comenzar a estudiar y entender como sería intentar hacer cosas cada vez mas pequeñas... por ejemplo como sería intentar hacer el motor a explosión mas chico del mundo. Para algunos, también esa conferencia ha inspirado las ciencias de la computación y de la Inteligencia Artificial,   ambos temas que han ganada importancia en los últimos años.            A principios de los años 80 fue inventado en Suiza (IBM-Zurich) uno de los microscopios capaz de “ver” átomos, Microscopía Túnel de Barrido (STM). En pocos años el Atomic Force Microscope fue inventado, incrementando las capacidades y tipos de materiales que podían ser investigados a escala atómica y posteriormente, manipular átomos individuales. Como respuesta a estas nuevas posibilidades, los científicos han tomado conciencia del potenc

    Feynman lo propuso el 29 de diciembre de 1959, en una  conferencia llamada Hay mucho espacio en el fondo . Llego hasta ese punto con el uso de los microscopios electrónicos en  biología.  Este texto es un trozo importante de lo que dijo en la conferencia: “Atoms on a small scale behave like nothing on a large scale, for they satisfy the laws of quantum mechanics. So, as we go down and fiddle around with the atoms down there, we are working with different laws, and we can expect to do different things. We can manufacture in different ways. We can use, not just circuits, but some system involving the quantized energy levels, or the interactions of quantized spins, etc. Another thing we will notice is that, if we go down far enough, all of our devices can be mass produced so that they are absolutely perfect copies of one another. We cannot build two large machines so that the dimensions are exactly the same.