Laboratorio de Nanobiotecnologia Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas Universidad de Chile

Nanotecnología y salud: pasado, presente y futuro

Dr. Marcelo J. Kogan Universidad de Chile [email protected]

¿Que es la nanotecnología? “Es el estudio, diseño, síntesis, manipulación, aplicación de materiales y sistemas funcionales. Así como el aprovechamiento de sus fenómenos y de sus propiedades a escala nanometrica”

0,000000001m = 1x10-9 metros

Nanoestructuras 0.1 mm 3 mm 7 um 500 nm 1 nm

1-100 um

20 nm

1-10 mm

100 nm

0.28 nm

2.5 mm

10 nm 10 mm 2 um 10 nm

1 nm

3 nm 1 nm

5 mm

Microscopía Electrónica/ Microscopía de fuerza atómica

Nanoestructuras

Microscopía Óptica

0.1 mm 3 mm 7 um 500 nm 1 nm

1-100 um

20 nm

1-10 mm

100 nm

0.28 nm

2.5 mm

10 nm 10 mm 2 um 10 nm

1 nm

3 nm 1 nm

5 mm

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 relata una escena de un rey griego que tenía un fuerte temperamento, y por ello, fue condenado a estar atrapado 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

1951

Microscopía de Efecto Túnel

1980

Manipulación de átomos

1985

Fuerte Inversión en Nanotecnología

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

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

Elevada reactividad

Efectos de interacción Nature Materials, 2009, July 2009, 554

Autoagregación de nanopartículas de cobalto para dar origen a estructuras supramoleculares

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

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

Efecto plasmón: color, forma y tamaño

Nanoesféras de oro y plata (AuAg)

Nanobarras de oro de diferentes relaciones largo/ancho

Nanoprismas de plata de diferentes largos

Nanometals: formation and color. L. M. Liz-Marzán, “Materials Today”, 2004, 2004 7, 26-31.

Propiedades nanopartículas metálicas Ópticas - Nanoesferas

Composición nanopartícula

Entorno

Tamaño y forma

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

Distancia interpartícula

Las nanopartículas metálicas absorben energía y la disipan de manera local

Láser o microondas (baja potencia)

Las nanopartículas metálicas absorben energía y la disipan de manera local

Laser o microondas (baja potencia)

Cirugía molecular

Espectro electromagnético

Ventana Biológica: elevada penetración de la radiación en los tejidos

Aplicaciones de Nanopartículas

Nanopartículas en medicina

Dendrímeros

Nanoliposomas

Nanopartículas metálicas

Micelas

Fulereno

Nanotubos de carbono

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

Aplicaciones en Medicina • Diagnostico (mejorar el contraste de las imágenes de tumores)

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

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.

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

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 la nanotecnología. Por ejemplo, a través de la adquisición de equipamiento para la caracterización de nanomateriales. •Concentrar recursos en un centro de equipamiento mayor administrado por CONICYT en el que exista acceso tanto a los grupos universitarios como a los grupos privados. •Formación de recursos humanos. •Creación de un Ministerio de Ciencia y Tecnología.

Nanotecnología y Salud • Se espera que la nanotecnología realice una gran contribución a la medicina a través del aporte de terapias mas selectivas y efectivas • Contribuir a la teranosis (diagnostico y terapia en un solo procedimento) • Se deben evaluar los potenciales efectos tóxicos de las nanopartículas.

Natura libre. Salvajes. Ni transgenia ni nanotecnología

Laboratorio de Nanobiotecnologia Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas Universidad de Chile

Gracias por su atención!!!!!!!