Nanotecnología y salud: pasado, presente y futuro

Dr. Marcelo J. KoganUniversidad de Chilemkogan@ciq.uchile.cl

Laboratorio de NanobiotecnologiaFacultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas

Universidad de Chile

¿Que es la nanotecnología?

“Es el estudio, diseño, síntesis, manipulación, aplicación de

materiales y sistemas funcionales. Así como elaprovechamiento de sus fenómenos y de sus propiedadesa escala nanometrica”

0,000000001m = 1x10-9 metros

1 1 1 1 nmnmnmnm

10 10 10 10 nmnmnmnm

100 100 100 100 nmnmnmnm

1111----100 100 100 100 umumumum1111----10 mm10 mm10 mm10 mm

10 mm

3 mm

5 mm

2.5 mm

0.1 mm

10 nm

2 um

7 um

500 nm

1 nm

3 nm

20 nm

1 nm

0.28 nm

Nanoestructuras

1 1 1 1 nmnmnmnm

10 10 10 10 nmnmnmnm

100 100 100 100 nmnmnmnm

1111----100 100 100 100 umumumum1111----10 mm10 mm10 mm10 mm

10 mm

3 mm

5 mm

2.5 mm

0.1 mm

10 nm

2 um

7 um

500 nm

1 nm

3 nm

20 nm

1 nm

0.28 nm

NanoestructurasMicroscopíaElectrónica/Microscopíade fuerza atómica

Microscopía Óptica

La nanotecnología en épocas

inmemorables

� Uso de coloides de oro en medicina por los egipcios para conservar la juventud

La nanotecnología se conoce desde épocas inmemorables

� Copa de Licurgo: Museo Británico

La copa de Licurgo data del siglo IV (DC): Probablemente, fue hecha en Roma y en ella se relatauna escena de un rey griego que tenía un fuerte temperamento, y por ello, fue condenado a estaratrapado entre viñedos.

Nanopartículas de oro de aprox. 20 nm

obtenidas por Faraday en 1857

(Museo Británico)

20 nm

Avances Tecnológicos ha conducido a un gran avance en nanotecnología

Microscopía Electrónica Microscopía de Efecto Túnel Manipulación de átomos

1951 1980 1985

Claassens, C.H. Nanotechnology in South Africa. Nano 7 (2008)

Fuerte Inversión en Nanotecnología

Propiedades de las nanopartículas

• Pequeño tamaño (1-100 nm)

• Elevada superficie en relación a su volumen

• Elevada reactividad

• Propiedades ópticas (nanopartículas metálicas)

Propiedades de las nanopartículas

Oro a granel Soluciones de nanopartículas de oro

Efectos de interacción

Elevada reactividad

Nature Materials, 2009, July 2009, 554

Cobalt nanoparticles 12 nm in diameter evaporated from a colloidal solution into an ultrathin amorphous C film.

Autoagregación de nanopartículas de cobalto para dar origen a estructuras supramoleculares

http://www.ffn.ub.es/ritort/payr.seminars.html

Efecto plasmón: color, forma y tamaño

Nanometals: formation and color. L. M. Liz-Marzán, “Materials Today”, 2004200420042004, 7, 26-31.

Nanoesféras de oro y plata (AuAg)

Nanobarras de oro de

diferentes relaciones

largo/ancho

Nanoprismas de plata de

diferentes largos

Ópticas - Nanoesferas

Figura 1. Representación de la resonancia de plasmón de superficie en nanoesferas de metales nobles

Tamaño y forma

Entorno

Composición nanopartícula

Distancia interpartícula

Propiedades nanopartículas metálicas

Láser o microondas(baja potencia)

Las nanopartículas metálicas absorben energía y la disipan de manera local

Laser o microondas(baja potencia)

Las nanopartículas metálicas absorben energía y la disipan de manera local

Cirugía molecular

Espectro electromagnético

Ventana Biológica: elevada penetración de la radiación en los tejidos

Aplicaciones de Aplicaciones de Aplicaciones de Aplicaciones de NanopartículasNanopartículasNanopartículasNanopartículas

Nanopartículas en medicina

Dendrímeros Fulereno

Nanotubos de

carbonoMicelasNanoliposomas

Nanopartículas

metálicas

Nature Reviews/Neurology, 8, june 2012

Aplicaciones en Medicina� Destrucción de tumores por irradiación (cáncer)

� Destrucción de agregados tóxicos proteicos (Alzheimer)

� Efecto antibiótico (infecciones)

� Diagnostico por imágenes (mejorar el contraste de la imagen de tumores)

� Mejorar la entrega de fármacos a diferentes regiones (aumenta la selectividad en cáncer)

� Teranosis (diagnóstico y terapia)

Aplicaciones en Medicina� Destrucción de tumores por irradiación (cáncer) con

nanoparticulas de oxido de hierro

Aplicaciones en Medicina� Destrucción de agregados tóxicos proteicos involucrados en la enfermedad de

Alzheimer

Destrucción de agregados proteicos tóxicos (Alzheimer)

Destrucción de agregados proteicos tóxicos (Alzheimer)

Micrografías microscopia electrónica donde se evidencia la desagregación de agregados de la proteína β-amiloide,utilizando nanoesferas de oro y el péptido CLPFFD, mediante la aplicación de irradiación microondas.

Kogan, MJ. Et al. Nanoparticle-Mediated Local and Remote Manipulation of Protein Aggregation. Nano Letters. 2006, 6(1) 110-115.

Aplicaciones en Medicina� Efecto antibiótico con nanopartículas de plata y con

nanopartículas de cobre

Azocar y cols. Materials Chemistry and Physics 137 (2012) 396-403

• Diagnostico (mejorar el contraste de las imágenes de tumores)

Aplicaciones en Medicina

CANCER RESEARCH 60, 6641–6648, December 1, 2000

Aplicaciones en Medicina� Mejorar la entrega de fármacos a diferentes regiones

(mayor selectividad, reducción de efectos tóxicos)

J. Phys. D: Appl. Phys. 36 (2003) R167–R181

Efecto EPR (Enhanced Permeation Retention)

Aplicaciones en Medicina

� Teranosis (diagnostico y terapia)

Nanopartículas empleadas en clínica

¿Cómo se distribuyen las partículas en el organismo?

¿Llegan al cerebro?

¿Son tóxicas?

Las nanopartículas llegan al cerebro.

Pardes, Guerrero, Araya, Salas, Kogan MJ. Et al, Biomaterials 33 (2012) 7194-7205

Biodistribution of C(GNP)LPFFD by PET

Guerrero S., Kogan MJ. et al, Bioconjugate Chem., 2012, 23, 3, 399

Figure 4. Representative image of a 120 min PET scan after an intravenously injection of a 5.2 nM solution of C(AuNP)LPFFD–C(AuNP)K([18F]-SBF) in rats.

Nanotoxicologia

ACS Nano (2009) 6, 1230.

No son toxicas

(Análisis histopatológico en ratas)

C. Lasagna-Reeves , Kogan MJ et al. / Biochemical and Biophysical Research Communications 393 (2010) 649–655

Publicaciones relacionadas con

nanotecnologia (internacional)

Regulatory Toxicology and Pharmacology

Volume 59, Issue 1, February 2011, Pages 47–52

Allianz Global Corporate & Specialty

Publicaciones en Chile

L.Barrientos, G. Gonzales, Nanotechnolgoy in Chile, 2009

Nanotecnología en Chile

•Hay alrededor de 30 grupos de investigación en el área.

•Es necesaria la creación de infraestructura para el desarrollo de lananotecnología. Por ejemplo, a través de la adquisición de equipamiento para lacaracterización de nanomateriales.

•Concentrar recursos en un centro de equipamiento mayor administrado porCONICYT en el que exista acceso tanto a los grupos universitarios como a losgrupos privados.

•Formación de recursos humanos.

•Creación de un Ministerio de Ciencia y Tecnología.

Nanotecnología y Salud

• Se espera que la nanotecnología realice una grancontribución a la medicina a través del aporte de terapiasmas selectivas y efectivas

• Contribuir a la teranosis (diagnostico y terapia en un soloprocedimento)

• Se deben evaluar los potenciales efectos tóxicos de lasnanopartículas.

Natura libre. Salvajes. Ni transgenia ni nanotecnología

Laboratorio de NanobiotecnologiaFacultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas

Universidad de Chile

Gracias por su atención!!!!!!!