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Rodrigo De Luna Lara

Aplicaci贸n de nanopart铆culas como antioxidantes


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INDICE Abstract…...…………………………………………………………………………...…….Pág. 03 Introducción………………………………………………………………………………...Pág. 05 Desarrollo……………………………………………………………………………….…..Pág. 07 Los radicales libres………………………………………………………………..Pág. 07 Especies reactivas de oxígeno…………………………………………………..Pág. 08 Fuentes de radicales libres……………………………………………………….Pág. 10 Daños de los radicales libres………………………………………………….….Pág. 12 Defensa de los radicales libres……………………………………………….…..Pág. 14 La nanotecnología contra los radicales libres……………………………….….Pág. 16 Protegiendo a los antioxidantes………………………………………………….Pág. 19 Impacto económico…………………………………………………………….…..Pág. 20 Impacto social……………………………………………………………………....Pág. 20 Impacto ambiental………………………………………………………………….Pág. 21 Conclusión………………………………………….……………………………………….Pág. 22 Referencias……………………………………………………………………………....…Pág. 23


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Abstract [Índice] Los radicales libres son compuestos altamente reactivos que reaccionan con elementos dentro de las células del cuerpo humano, desencadenando reacciones en cadena altamente dañinas para el organismo. Los radicales libres son tan reactivos debido a que poseen un electrón desapareado, entonces el radical ‘roba’ un electrón de las moléculas cercanas para balancearse. Las especies reactivas de oxígeno son los principales radicales libres, y son el radical súperoxido (O 2 -), el radical hidroxilo (OH-), el radical peroxilo (ROO), el peróxido de hidrogeno (H 2 O 2 ), el óxido nítrico (NO), el peroxinitrito (ONOO-) y el ácido hipocloroso (HClO). Los radicales libres pueden provenir tanto de fuentes internas como externas al organismo. Las principales fuentes internas están relacionadas a procesos bioquímicos naturales como la autoxidación, la oxidación enzimática y otros procesos subcelulares. Las principales fuentes externas son las medicinas, la radiación electromagnética y corpuscular, el humo de tabaco, los gases y partículas inorgánicas y algunos contaminantes del aire. Cuando nuestro cuerpo no tiene la capacidad de neutralizar correctamente a todos los radicales libres debido a un exceso de estos, se produce un estrés oxidativo. Este estrés oxidativo puede provocar diversas enfermedades en el cuerpo humano, notablemente enfermedades como el cáncer, la enfermedad de Parkinson y el Alzheimer, entre otras. A nivel celular los radicales libres pueden dañar seriamente a la mitocondria, la membrana celular y el ADN. Para defendernos de los radicales libres, nuestro cuerpo tiene un sistema de antioxidantes y enzimas, que neutralizan a los radicales previniendo que desencadenen las peligrosas reacciones en cadena. Nuestro cuerpo produce una determinada cantidad de antioxidantes, que muchas veces no son suficientes para prevenir el estrés oxidativo causado por los radicales libres, por lo que debemos recurrir a antioxidantes sintéticos. La

nanotecnología

está

desarrollando

importantes

nanopartículas

con

efectos

antioxidantes que son más efectivas y duraderas que los antioxidantes comunes. Las tres


4 nanopartículas más estudiadas actualmente en relación a antioxidantes y protección celular contra el estrés oxidativo son las nanopartículas de cerio, itrio y los fulerenos. Estudios han demostrado que las nanopartículas de itrio y cerio tienen un alto potencial como antioxidantes, ya que han tenido efectos muy benéficos. Entre sus efectos se encuentra la protección prolongada de las células contra el estrés oxidativo, el rescate de las células afectadas por el estrés oxidativo y la prolongación de la longevidad de las células. Estas nanopartículas son muy prometedoras debido a que no es necesaria la administración constante de dosis, y pueden regenerar sus capacidades antioxidantes, lo que las convierte en verdaderas defensoras del estrés oxidativo. Los fulerenos, a su vez, han probado ser “esponjas de radicales”, ya que pueden absorber y neutralizar múltiples radicales por molécula de fulereno. Estos derivados del fulereno han probado ser 100 veces más efectivos que los antioxidantes naturales, además de tener una excelente capacidad de captación de especies reactivas de oxigeno. La nanotecnología también contribuye a la protección de los antioxidantes, tanto naturales como sintéticos. Los antioxidantes normalmente son destruidos rápidamente por las enzimas y ácidos del cuerpo humano, haciéndolos muy poco efectivos. La nanotecnología ha propuesto una solución a este problema que consiste en una nanopartícula protectora que previene que el cuerpo destruya a los antioxidantes antes de que sean absorbidos por el cuerpo. Esta tecnología no solo tiene aplicaciones con los antioxidantes, también con otros medicamentos y suplementos. En cuanto a los impactos ambientales, sociales y económicos, al tratarse de una tecnología tan nueva e innovadora actualmente no se cuenta con suficiente información para evaluar el impacto real de la nanotecnología, las instituciones apenas han comenzado a hacer estudios sobre los posibles impactos de la nanotecnología. Sin embargo, muchos autores opinan que tiene mayor potencial de resolución de muchos problemas que conciernen a la humanidad, que potenciales riesgos contra la misma.


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Introducción [Índice] La nanotecnología es una rama de la ciencia que se encarga del estudio y manipulación de materiales en una escala nanométrica, que equivale a la millonésima parte de un metro. La nanotecnología es el conjunto de dispositivos, instrumentos y técnicas de manipulación de la materia en una escala de 5 a 100 átomos. A escala nanométrica las propiedades de los materiales cambian, desde el color hasta la conductividad y el magnetismo. La nanotecnología tiene potenciales aplicaciones benéficas en el campo de la medicina. (De Miguel, 2010)

Polvo en escala sub-nanométrica (M0/0.25;Factor de amplificación: 100,000 veces) (Fuente: http://www.jrdiamondtools.com) La oxigenación de las células se refiere a la respiración de las células, el proceso bioquímico a través del cual las células liberan energía de los enlaces químicos de las moléculas de comida para proveer energía para los procesos esenciales de la vida. Todas las células necesitan llevar a cabo respiración celular. (HyperPhysics, s.f.) La respiración celular provee energía en forma de ATP (adenosina trifosfato), la cual es necesaria para que las células realicen todas sus funciones correctamente. Si se ve afectada la respiración celular se afecta el funcionamiento de las células por completo, lo que a su vez afecta el funcionamiento de los organismos como tal. (Decelles, 2002)


6 Vivimos en un ambiente en el que estamos constantemente expuestos a diferentes sustancias químicas y contaminantes ambientales. Esas sustancias y compuestos poseen una cantidad considerable de radicales libres. (Rice University, 1996) Los radicales libres pueden desencadenar una reacción peligrosa que puede llegar a afectar a todas las células de un organismo. Algunos efectos que los radicales libres pueden tener en la salud humana incluyen cáncer, enfermedades cardiovasculares, Alzheimer y Parkinson, (http://www.exrx.net/Nutrition/Antioxidants/Introduction.html, s.f.) Es importante conocer de qué formas se pueden prevenir o mitigar los efectos que tienen los radicales libres en la oxigenación de las células del cuerpo humano. Para prevenir el daño de los radicales libres, el organismo tiene un sistema de antioxidantes que reaccionan de forma segura con los radicales libres, previniendo que causen daño a las células. (Rice University, 1996) La nanotecnología contribuye al mejoramiento del desempeño de los antioxidantes, por ejemplo el Dr. Ken Ng y el Dr. Ian Larson de la facultad de Ciencias Farmacéuticas de la Universidad de Monash desarrollaron una nanopartícula que protege los antioxidantes, ayudando a que sean absorbidos en el sistema digestivo. (Nanotechnology Development Blog, 2008). El propósito de la presente investigación es investigar sobre más tecnologías desarrolladas por este campo de la ciencia que tengan aplicaciones como antioxidantes así como definir que son los radicales libres y como nos afectan. Este tema es relevante porque todos se pueden ver beneficiados por la aplicación de la nanotecnología en las ciencias de la salud. Los radicales libres nos afectan diariamente, causando daños a nuestras células porque además de las fuentes naturales de radicales libres estamos expuestos constantemente a radicales libres adicionales en nuestro medio ambiente. Lo que se pretende con esta investigación es explorar los beneficios que puede tener la nanotecnología en la oxigenación de las células para prevenir su oxidación como consecuencia de la presencia de radicales libres, que representan un gran problema para la salud humana, de ahí la relevancia de investigar sobre nuevas tecnologías para prevenir el daño que provocan los radicales libres al cuerpo humano.


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Desarrollo [Índice] Los radicales libres El principal causante de la oxidación de las células son los radicales libres, que según Carlos Salas (s.f.) son “átomos o grupos de átomos que tienen un electrón desapareado en capacidad de aparearse”. Los radicales libres viven tan solo unos microsegundos debido a que están en constante reacción (para volverse neutros) con todo lo que encuentran a su alrededor. (Salas, s.f.)

http://www.vidanutrida.com Los radicales libres reaccionan con la membrana celular, oxidando los fosfolípidos que forman la barrera, por tanto, dañando la membrana.

Los radicales libres provocan que los átomos vecinos roben un electrón a otro átomo para estabilizarse. La molécula que pierde un electrón se convierte en un radical libre a su vez, y posteriormente busca otro electrón de otra molécula para estabilizarse. De esta forma se crea una reacción de cadena que puede afectar a todas las células. Los radicales libres pueden originar modificaciones dañinas en el ADN que derivan en enfermedades graves para el organismo. (Salas, s.f.)


8 Principalmente, los radicales libres afectan la mitocondria de las células, disminuyendo el suministro de ATP. Si se disminuye el suministro de ATP las células empiezan a oxidarse, afectando todas las funciones del organismo.

http://www.nutriologiaortomolecular.org La mitocondria que se encuentra a la izquierda es una mitocondria sana, la cual tiene un naturalmente tiene una cantidad determinada de radicales libres, se encuentra en buenas condiciones. La mitocondria del lado derecho ha envejecido por el daño causado por los radicales libres en exceso por un periodo prolongado. El daño causado a las células por los radicales libres aumenta conforme aumenta el tiempo. Se puede observar que permanece el daño a la membrana celular.

Especies reactivas de oxígeno

[Índice]

Los radicales libres más importantes en son los radicales derivados del oxígeno mejor conocidos como especies reactivas de oxígeno. Las principales especies reactivas de oxígeno son el radical súperoxido (O 2 -), el radical hidroxilo (OH-), el radical peroxilo (ROO), el peróxido de hidrogeno (H 2 O 2 ), el óxido nítrico (NO), el peroxinitrito (ONOO-) y el ácido hipocloroso (HClO). (Fouad, 2007; trad. Rodrigo De Luna) El radical súperoxido se produce naturalmente de la fuga de electrones que resulta de la cadena de transferencia de electrones de la mitocondria, y no es por sí solo muy peligroso. Su significancia como radical libre radica en que es la fuente principal de generación de peróxido de hidrogeno. (Fouad, s.f.)


9 El peróxido de hidrogeno es un agente oxidativo que es la fuente principal de radicales hidroxilo en la presencia de metales de transición, también está involucrado en la producción de ácido hipocloroso. (Fouad, s.f.) El radical hidroxilo es un agente oxidativo extremadamente reactivo que reacciona inmediatamente con la mayoría de las biomoleculas. Este radical es importante en el daño radiobiológico y es muchas veces más reactivo que el súperoxido y el peróxido de hidrogeno. (Fouad, s.f.)

A la izquierda, la diferencia entre una molécula normal de oxigeno, el anión súperoxido y el peróxido. Se puede notar que difieren por la presencia de uno o más electrones desapareados. De la misma forma se presenta la diferencia entre el radical hidroxilo y el ion hidroxilo a la derecha. (Fuente: http://www.vivo.colostate.edu)

El óxido nítrico es un radical gaseoso común que tiene un rol en la fisiología vascular del cuerpo humano y en el factor relajante derivado del endotelio (un epíteto plano que recubre el interior de los vasos sanguíneos). El peroxinitrito se produce de la reacción del óxido nítrico con súperoxido. (Fouad, s.f.) El ácido hipocloroso es producido de la reacción del cloro con agua. Este ácido puede cruzar libremente la membrana celular, y en la presencia de iones de metales de transición genera radicales hidroxilo. El ácido hipocloroso es capaz de iniciar la peroxidación lipídica (la degradación oxidativa de los lípidos), que daña al

ADN

y

sus

procesos de reparación. (Fouad, s.f.) Entonces, como se puede observar, los principales radicales libres están íntimamente relacionados entre sí, lo que los hace muy peligrosos en altas concentraciones en el cuerpo humano. Se puede inferir de las relaciones entre los radicales libres que efectivamente provocan una reacción en cadena que produce más radicales libres.


10 Fuentes de radicales libres

[Índice]

Los radicales libres pueden provenir de fuentes endógenas o exógenas al organismo. Las principales fuentes endógenas de radicales libres, según el Dr. Tamer Fouad (s.f.) son la autoxidación, la oxidación enzimática y los procesos subcelulares principalmente. El Dr. Fouad (s.f.) explica que la autoxidación es un producto secundario de el entorno aeróbico interno de las células. Moléculas como la hemoglobina, mioglobina y catecolamina son sometidas a una reacción de reducción que resulta en la producción de una especie reactiva de oxígeno. De la misma forma, explica que una variedad de sistemas enzimáticos en el cuerpo pueden generar cantidades significativas de radicales libres, incluyendo prostaglandina, lipoxigenasa y xantina oxidasa, entre otras.

Principales fuentes de radicales libres, tanto externas como internas. (Fuente: http://sphotos.ak.fbcdn.ne) Los procesos subcelulares realizados en organelos como la mitocondria, los cloroplastos, los microsomas, los peroxisomas y el núcleo producen especies reactivas de oxígeno. Las fugas en la cadena de transporte de electrones en la mitocondria, debidas principalmente a un aumento significativo en la concentración de oxígeno, convierten a este organelo en la principal fuente de especies reactivas de oxígeno dentro de la célula. Los microsomas y los peroxisomas son fuentes importantes de producción de peróxido de hidrogeno. (Fouad, s.f.)


11 Las principales fuentes exógenas de radicales libres, de acuerdo al informe del Dr. Fouad (s.f.) son los medicamentos y drogas, la radiación electromagnética y corpuscular, el tabaco, la inhalación de partículas inorgánicas y los gases. Algunos medicamentos pueden aumentar la producción de radicales libres. Estos medicamentos incluyen antibióticos que dependen de grupos quinoide o metales para su actividad (como antibióticos que contienen nitrofurantoin), además de agentes antineoplásicos (para tratar el cáncer), penicilamina, fenilbutazona y aminosalicilato. (Fouad, s.f.) En relación al tabaco, se ha demostrado que los oxidantes en su humo reducen severamente los antioxidantes intracelulares en las células de los pulmones. Cada inhalada de humo de tabaco contiene una enorme cantidad de materiales oxidativos, como aldehídos, peróxidos y otros radicales libres. Estos radicales sobreviven lo suficiente como para causar daño a los alveolos, afectando todo el proceso de respiración. (Fouad, s.f.)

El humo del tabaco contiene un gran número de radicales libres nocivos para la salud (Fuente: http://www.bellezachicas.com)

La inhalación de partículas inorgánicas, principalmente en la forma de polvo mineral (como asbesto, cuarzo, silicio) puede producir daño a los pulmones en el que parecen intervenir los radicales libres. De estas partículas inorgánicas, probablemente la más peligrosa es el asbesto, que puede producir fibrosis pulmonar o carcinoma pulmonar; el asbesto contiene partículas de hierro que estimulan la formación de radicales de hidroxilo. (Fouad, s.f.)


12 En cuanto a contaminantes del aire, científicos de la Universidad de Lousiana han descubierto que en el aire existen partículas suspendías que producen daños similares a los producidos por el tabaco. Los investigadores explicaron que estos contaminantes, que llamaron radicales libres persistentes (PFR por sus siglas en inglés), exponen a la población a 300 veces más radicales libres que el humo de un cigarro. Estas partículas son nanopartículas que se producen en el aire por residuos de gases de chimeneas, escapes de vehículos, y metales como el hierro y cobre. (Gil, 2008) Daño de los radicales libres

[Índice]

Cuando los niveles de radicales libres exceden la capacidad del organismo para eliminarlos se produce un estrés oxidativo. (Fouad, s.f.) Los radicales libres dañan los componentes de la membrana celular, las proteínas y el material genético. Se cree que muchos tipos de cáncer son el resultado de la reacción entre los radicales libres y el ADN, resultando en mutaciones que pueden afectar negativamente los ciclos celulares. Además, pueden llegar a causar enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson, así como aterosclerosis por la oxidación de químicos. (Berger, 2007; trad. Rodrigo De Luna) Los lípidos son dañados principalmente por la peroxidación lipídica. Las membranas celulares son ricas en ácidos grasos poliinsaturados, que son rápidamente atacados por agentes oxidativos. Este proceso es particularmente dañino porque es perpetuo. (Fouad, s.f.) La oxidación de lípidos representa un riesgo a la salud porque puede producir compuestos tóxicos, retardar el crecimiento del organismo y producir enfermedades cardiacas. (Ohio State University, s.f.) Las proteínas y ácidos nucleicos son menos susceptibles a los radicales libres que los ácidos grasos, ya que hay menos posibilidad de que se formen rápidas reacciones en cadena. El daño solo se enfoca a una parte particular de la proteína, y esto solo pasa si se acumulan los radicales en el cuerpo. Con el ADN es similar, es poco probable que sean atacados, y para que estos produzcan un daño considerable, el ataque debe ser muy específico (a una parte en especial del código genético) y debe eludir al sistema de reparación del ADN antes de que la replicación generalice el daño. (Fouad, s.f.)


13 En términos generales el estrés oxidativo puede producir diversos padecimientos en el cuerpo humano. En el libro “Every Person’s Guide to Antioxidants” (1998) el doctor John R. Smythies relaciona las siguientes enfermedades con el estrés oxidativo: •

aterosclerosis

hipertensión

cáncer

síndrome de Down

Alzheimer

Parkinson

Esclerosis

enfermedad de Huntington

esquizofrenia

diabetes

cataratas

degeneración macular

asma

síndrome de distrés respiratorio agudo (ARDS)

paros cardiacos

fibrosis quística

hipertiroidismo

enfermedad inflamatoria intestinal

distrofia miotónica

pancreatitis

preeclampsia

artritis reumatoide

tuberculosis

Rayos X de paciente con ARDS (Fuente: http://upload.wikimedia.org)

Catarata en un ojo. (Fuente: http://www.rameshshahmd.com)

Vista transversal de una arteria de un paciente con aterosclerosis (Fuente: http://odlarmed.com/?cat=23&paged=5)


14 La medicina no ha logrado desarrollar tratamientos efectivos contra los radicales libres y sus efectos en el organismo. Sin embargo, la nanotecnología ha desarrollado numerosas tecnologías que reducen el daño de los radicales libres con gran eficiencia. (Berger, 2007) Defensa de los radicales libres

[Índice]

En defensa de los radicales libres, el cuerpo fabrica enzimas para poder neutralizarlos. Estas enzimas tienen la capacidad de ceder electrones a las moléculas, para que estos átomos altamente reactivos se neutralicen. Un ejemplo de dichas enzimas es la catalasa. (Salas, s.f.)

Modelo tridimensional de la catalasa humana (Fuente: http://commons.wikimedia.org) La catalasa es una enzima abundante en la naturaleza y en el cuerpo humano. Se encuentra en grandes concentraciones en el hígado y los riñones; a nivel celular en la mitocondria. La catalasa cataliza la degradación del peróxido de hidrogeno, convirtiéndolo en oxígeno y agua. El peróxido de hidrogeno se crea en el cuerpo por el metabolismo celular, y al tratarse de un óxido acelera el envejecimiento celular. (Céspedes, Hernández y Llópiz, 1996) Nuestro cuerpo también recurre a los antioxidantes para mitigar el daño de los radicales libres. Los antioxidantes son elementos que tienen como fin disminuir y eliminar los radicales libres que se encuentran en nuestro organismo. Los antioxidantes pueden ser minerales, vitaminas o enzimas, que aceleran la ruptura de los radicales, previenen la


15 presencia de iones de metales de transición e infecciones, evitan el deterioro de las células de nuestro cuerpo, y evitan el envejecimiento prematuro. (Sapetti, s.f.)

Los antioxidantes se clasifican en dos grupos: los antioxidantes naturales (presentes en el organismo) y los antioxidantes sintéticos. Los antioxidantes naturales están presentes en alimentos que contienen Vitaminas E y C, además de los carotenoides, los antioxidantes sintéticos se pueden obtener de ésteres de ácido gálico, butil-hidroxitolueno y butilhidroxianisol. (Sapetti, s.f.) Otras fuentes naturales de antioxidantes incluyen la Vitamina A, polifenoles contenidos en frutas y vegetales, el selenio (encontrado en brócoli y nueces), además de alimentos como el té verde, el chocolate oscuro y el vino tinto, entre otros. (Prabhu, 2008)

La Vitamina E es uno de los principales antioxidantes naturales (Fuente: http://www.healthnode.org) Los antioxidantes neutralizan a los radicales libres ya sea proveyéndoles el electrón adicional necesario para completar el par, o rompiendo la molécula del radical libre, volviéndola inocua. (Prabhu, 2008). Muchos otros antioxidantes funcionan convirtiéndose transitoriamente en radicales libres ellos mismos; estos antioxidantes por lo general son parte de una red más grande de antioxidantes que terminan regenerándolos. (Bowen, 2003) También pueden reducir la energía del radical libre, evitar que se formen en primera instancia o interrumpir la reacción en cadena causada por ellos. (Ames, Shigenaga y Hagen, 1993)


16 Debido a la gran cantidad de radicales libres a los que somos expuestos, nuestro cuerpo no tiene la capacidad necesaria para neutralizarlos todos, incluso con la ayuda de antioxidantes externos a él, y la medicina no ha logrado desarrollar tratamientos efectivos para ayudar al organismo a contrarrestar el daño. Sin embargo, la nanotecnología ha desarrollado numerosas tecnologías que reducen el daño de los radicales libres con gran eficiencia. (Berger, 2007; trad. Rodrigo De Luna) La nanotecnología contra los radicales libres

[Índice]

El Dr. Beverly A. Rzigalinski explica que los procesos químicos y físicos involucrados en la catálisis de tres vías para la combustión mejorada y eliminación de contaminantes ambientales del escape de los vehículos tienen similitudes con las reacciones biológicas de redox y los antioxidantes, desde un punto de vista físico-químico. (Rzigalinski en Berger, 2007) El Dr. Rzigalinski menciona que “El uso de recubrimientos en la reducción de la oxidación de los metales involucra principios químicos similares a los asociados con la prevención de la oxidación de biomoleculas. La nanotecnología ha provisto una mejora dramática en el control y eliminación de las reacciones de oxidación en materiales. Esto podría proveer nuevas bases para el tratamiento farmacológico de enfermedades relacionadas al estrés oxidativo.” (Rzigalinski en Berger, 2007) Las tres nanopartículas reactivas en reacciones redox más estudiadas a nivel celular son el cerio, el fulereno y los nanotubos de carbón. En relación a las nanopartículas de óxido de cerio, Rzigalinski menciona que “pueden extender la longevidad de las células y el organismo a través de sus acciones como recolectores de radicales libres”. Rzigalinski demostró en su investigación las propiedades benéficas de las nanopartículas de cerio al agregarlas a frutas, lo que aumentó la vida promedio de las moscas de fruta usadas en su experimento. (Berger, 2007)

(Fuente: http://periodictable.com/)


17 Berger explica que hasta ahora las propiedades físicas y químicas de las nanopartículas de cerio apoyan la hipótesis de que las acciones biológicas del cerio están relacionadas a una capacidad regenerativa de neutralización de radicales libres. En los experimentos de Rzigalinski una dosis baja de nanopartículas de cerio protegió a las células de las moscas de daño por radicales libres por un periodo extendido de tiempo. Una investigación del Instituto de Estudios Biológicos de Salk (Salk Institute for Biology Sciences) y de la Universidad de Columbia demuestra que las nanopartículas compuestas de óxido de cerio y óxido de itrio protegen las células nerviosas del estrés oxidativo independientemente del tamaño de la partícula. Los profesores Dave Schubert y Siu-Wai Chan, del Laboratorio de Neurobiología de Salk concluyeron que en contraste a la literatura que demuestra que las nanopartículas son toxicas, las nanopartículas compuestas de óxido de itrio y óxido de cerio pueden tener propiedades antioxidantes que promueven la supervivencia de la célula bajo condiciones de estrés oxidativo. (Berger, 2007; trad. Rodrigo De Luna) En sus experimentos, Schubert y sus colegas demostraron que las nanopartículas de óxido de itrio y óxido de cerio son capaces de rescatar a las células del estrés oxidativo independientemente de su tamaño en el rango de 6 a 1000 nanómetros. Concluyeron que la respuesta protectora de las nanopartículas debe ser dependiente de sus propiedades físico-químicas y relativamente independiente de su tamaño debido a sus propiedades Redox. (Berger, 2007)

HRTEM de 2 partículas de CeO2 (Fuente: Columbia University, Profesor Chan)


18 De acuerdo a Sudipta Seal y sus colegas de la Universidad de Florida Central (UCF por sus siglas en inglés), el CeO 2 en su forma nanocristalina imita la actividad de la enzima súperoxido dismutasa, un poderoso antioxidante que puede detener las letales reacciones en cadena causadas por los radicales libres. Además, puede regenerar sus propiedades antioxidantes, haciendo innecesaria la administración repetida de dosis. (Gonzales, 2009; trad. Rodrigo De Luna) En contraste al cerio, diversos informes también describen las capacidades de neutralización de radicales libres de los derivados del fulereno y los nanotubos de carbón, que se cree que su actividad antioxidante se relaciona a su gran electronegatividad. (Berger, 2007) Los fulerenos son moléculas de carbono que consisten de un arreglo esférico, elíptico o cilíndrico de 60 o más átomos. Los fulerenos son poderosos antioxidantes que reaccionan rápidamente con los radicales libres. Los fulerenos se comportan como “esponjas de radicales”, debido a que pueden absorber y neutralizar más de 20 radicales libres por molécula de fulereno. Han demostrado ser 100 veces más efectivos que los antioxidantes más poderosos disponibles actualmente, como la Vitamina E. (Nano-C, s.f.; trad. Rodrigo De Luna)

Fulereno C 60 http://www.uni-konstanz.de Los fulerenos han sido evaluados tanto in-vivo como in-vitro para investigar sus actividades antioxidantes. La mayoría de los derivados del fulereno demuestran una excelente capacidad de captación de especies reactivas de oxígeno. Estudios recientes han demostrado que las estructuras de fulereno actúan de diversas maneras para


19 proteger a los organismos del estrés oxidativo. (Beuerle et al, 2008; trad. Rodrigo De Luna) En general, existen dos mecanismos por los cuales los fulerenos pueden eliminar radicales libres. El primero implica la adición estequiométrica de la especie reactiva de oxígeno a la superficie del fulereno, seguido por la eliminación del radical. El segundo mecanismo se basa en diversos procesos de transferencia de electrones que involucran fases de oxidación y reducción entre el radical y el fulereno. (Beuerle et al, 2008) Protegiendo a los antioxidantes [Índice] Para proteger a los antioxidantes (tanto naturales como sintéticos) de las distintas enzimas del cuerpo, se están desarrollando nanotecnologías como la del Dr. Ken Ng y Ian Larson. Una nanopartícula que protege a los antioxidantes de ser destruidos en el intestino, aumentando las probabilidades de que sean absorbidos en el tracto digestivo. (Monash University, 2008; trad. Rodrigo De Luna) El Dr. Larson explica que los antioxidantes tomados vía oral son fácilmente destruidos por los ácidos y enzimas en el cuerpo humano, provocando que solo un pequeño porcentaje de lo que es ingerido sea absorbido. La solución que encontraron fue diseñar una nanopartícula biopolimérica de chitosán que sirve como un vehículo protector para los antioxidantes. (Monash University, 2008)

El chitosán es una fibra que proviene del caparazón de los crustáceos. (http://www.adelgaceenlinea.com)


20 “Los antioxidantes se posan dentro de este ‘Caballo de Troya’, que lo protege del ataque de los jugos digestivos en el estómago” menciona el Dr. Larson. “Una vez en el intestino la nanopartícula se hace pegajosa y se adhiere a la pared intestinal. Luego filtra sus contenidos directamente a las células intestinales, lo que permite que sean absorbidos directamente en el torrente sanguíneo”. Finalmente el Dr. Larson menciona que esperan que al usar esa técnica, las drogas y suplementos vulnerables al proceso digestivo puedan ser absorbidos de mejor forma en el cuerpo humano. (Monash University, 2008) Impacto económico

[Índice]

Se espera que la nanociencia y la nanotecnología revolucionen la ciencia y la sociedad. La nanotecnología tiene el potencial de transformar diversos campos de la ciencia, como la medicina, la biotecnología, la agricultura y la ciencia de los materiales, también podría revolucionar diversas industrias, como la industria aeroespacial, de tecnologías de información y de telecomunicaciones. (Pedreño, s.f.) Andrés Pedreño, del Instituto de Economía Internacional de la Universidad de Alicante afirma que “la nanotecnología puede convertirse en una pieza estratégica indispensable para la competitividad de un sistema económico. Hasta tal punto que podrá determinar la viabilidad y la riqueza de las naciones, las organizaciones y las industrias.”. También afirma que la nanotecnología “podría impulsar la prosperidad económica o, al menos, ser un factor favorable en la configuración de la productividad y la competitividad mundial.” Muchos especialistas afirman que la nanotecnología será como una segunda revolución industrial, con todos los impactos tanto positivos como negativos. Pedreño afirma que “esto llevaría consigo la crisis y desaparición de numerosas actividades productivas tradicionales” por lo que muchos países podrían ser seriamente dañados en sus sistemas económicos. (Pedreño, s.f.) Impacto social

[Índice]

Al tratarse de tecnologías tan nuevas, antes de evaluar el impacto social se necesita que la sociedad lo acepte. Como toda nueva tecnología, la nanotecnología está evolucionando de un mundo de ciencia ficción a uno de ciencia factible mientras los mitos son disipados y las nuevas ideas son probadas. En la ausencia de respuestas, es de naturaleza humana suplantar cualquier ‘hueco’ en una nueva tecnología con conocimientos existentes.


21 Entonces hasta que el conocimiento necesario sea adquirido, cualquier nueva tecnología es susceptible a especulaciones y falta de información. (NanoVic, 2009; trad. Rodrigo De Luna) Para que tenga un impacto social benéfico, el futuro de la nanotecnología debe estar guiado por el compartimiento libre de ideas y descubrimientos, pruebas extensivas de los límites de la tecnología y una discusión abierta de los posibles riesgos. En el último año ha crecido el interés del público de las oportunidades de la nanotecnología considerablemente en relación a años anteriores, por lo que la mayoría de las organizaciones de nanotecnología apenas han empezado a discutir sobre las implicaciones sociales y éticas de la nanotecnología. (NanoVic, 2009) Impacto ambiental

[Índice]

Científicos del poco conocido campo de la nanotecnología ambiental argumentan que contrario a la creencia popular, trabajar en una escala nanométrica no tiene que ser necesariamente dañino para el medio ambiente. Los estudios demuestran que las nanotecnologías no solo pueden ser usadas para monitorear y prevenir la contaminación, sino también para deshacerse de los contaminantes una vez que estos han llegado al medio ambiente. (NanoWerk, 2007)

Estudios recientes demuestran que la nanotecnología podría proveer sistemas más sensibles de detección para el monitoreo de la calidad del aire y agua, permitiendo la medición simultanea de distintos parámetros, una capacidad de respuesta en tiempo real y costos reducidos de operación (Rickerby y Morrison, 2007)

Quizás la mayor contribución que puede dar la nanotecnología es al campo de la energética. La nanotecnología puede tener un impacto considerable en la creación de energías sustentables. Las posibilidades van desde mejoras a corto plazo de las tecnologías de energía renovable disponibles a la implementación a largo plazo de nuevos sistemas de producción de energía. (Berger, 2008)


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Conclusión [Índice] La nanotecnología es joven, y aun tiene un largo camino por delante antes de alcanzar su máximo potencial. Las posibles aplicaciones de la nanotecnología en el campo de la medicina son inmensas. Sin duda la nanotecnología seguirá incursionando en este y muchos otros campos de la ciencia.

Se comprobó que los radicales libres son inmensamente dañinos para el cuerpo humano si no se controlan de una forma adecuada, ya que estos producen reacciones en cadena muy destructivas que pueden dañar todos los sistemas del cuerpo humano. Constantemente estamos expuestos a las fuentes de radicales libres mencionadas, tanto a las externas como a las internas.

Se cumplió el propósito de determinar que nanotecnologías tienen aplicaciones antioxidantes. Nanopartículas de cerio, itrio y derivados del fulereno que tienen un inmenso potencial como antioxidantes, siendo muchas veces más efectivos y resistentes que los antioxidantes disponibles actualmente. Estas nanopartículas podrían ayudar a controlar o curar muchas de las enfermedades mencionadas que afectan a millones de personas en el mundo, y que cuestan mucho dinero. La nanotecnología, por ende, implica un beneficio tanto económico como social.

Analizando todas las fuentes consultadas se puede ver que los radicales libres son un riesgo latente para nuestra salud, y la mayoría de nosotros no estamos conscientes de ellos. Se debería concientizar más a la gente sobre qué son los radicales libres, de donde vienen, como nos afectan y cómo podemos protegernos de ellos.

Entonces, se puede concluir que la nanotecnología tiene todo lo necesario para incursionar en el campo de la medicina, especialmente en los antioxidantes para prevenir el daño causado por los radicales libres a los que constantemente, si no permanentemente, nos vemos expuestos día a día. No cabe duda que la nanotecnología revolucionara nuestras vidas en los años por venir.


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Fuentes consultadas [Índice] Ames, B.N., Shigenaga, M.K. y Hagen, T.M. (1993). Oxidants, antioxidants, and the degenerative diseases of aging. Consultado el 29 de octubre del 2010 en http://myhealth.ucsd.edu/library/healthguide/en-us/Cam/topic.asp?hwid=hn2802005 .Berger, M. (2006). Could nanoparticles be designed to become potent antioxidants?. Consultado

el

22

de

octubre

del

2010

en

http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=306.php Berger, M. (2007). Radical Nanotechnology – how medicine can learn from materials science.

Consultado

el

22

de

octubre

del

2010

en

http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=1570.php Berger, M. (2008). Nanotechnology applications could provide the required energy breakthroughs.

Consultado

el

01

de

noviembre

del

2010

en

http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=7424.php Beuerle, F., Cataldo, F., y Da Ros, T. (2008). Medical Chemistry and Pharmacological Potential of Fullerenes and Carbon Nanotubes. Consultado el 29 de octubre del 2010

en

http://www.springerlink.com/content/l3j63n/#section=226026&page=1&locus=3 Bowen, R. (2003). Free Radicals. Consultado el 22 de octubre del 2010 en http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/misc_topics/radicals.html Céspedes, E.M, Hernández, I., Llópiz N. (1996) Enzimas que participan como barreras fisiológicas para eliminar los radicales libres: II. Catalasa. Consultado el 18 de octubre del 2010 en http://bvs.sld.cu/revistas/ibi/vol15_2_96/ibi01296.htm De Miguel, J. J. (s.f.). Nanotecnología. Consultado el 13 de octubre del 2010 en http://www.fisicahoy.com/fisicaHoy/nanotecnologia/nano.html D.G. Rickerby and M. Morrison (2007) “Nanotechnology and the environment: A European perspective”, Science and Technology of Advanced Materials 8(1-2): 19-24. Fouad, T. (s.f.). Free Radicals, Types, Sources and Damaging Reactions. Consultado el 22

de

octubre

del

2010

en

http://www.doctorslounge.com/primary/articles/freeradicals/freeradicals3.htm Gil, F. (2008). Hallan en el aire un grupo de contaminantes perjudiciales. Consultado el 22 de octubre del 2010 en http://www.cienciaysociedad.info/salud/hallan-en-el-aire-ungrupo-de-contaminantes-perjudiciales/


24 Gonzalez, C. (2009). Nanoparticles Explored for Preventing Cell Damage. Consultado el 22

de

octubre

del

2010

en

http://www.livescience.com/health/090626-bts-

nanoparticles.html Mohammad, G., Mishra, V. K., y Pandey, H. P. (2008). Antioxidant properties of some nanoparticles may enhance wound healing in T2DM patient. Consultado el 29 de octubre del 2010 en http://www.chalcogen.infim.ro/Mohammad-nano.pdf Monash University. (2008). Nanonscale ‘trojan horse’ to improve antioxidation absorption. Consultado

el

29

de

octubre

del

2010

en

http://www.nanowerk.com/news/newsid=6906.php Nano-C. (s.f.). Fullerene applications. Consultado el 29 de octubre del 2010 en http://www.nano-c.com/fullereneapp.html#antiox NanoVic. (2009). Nanotechnology - An Introduction, History, Potential Benefits and Social Implications of Nanotechnology. Consultado el 01 de noviembre del 2010 en http://www.azonano.com/details.asp?ArticleID=2352#4 NanoWerk. (2007). Nanotechnology and the environment: beauty rather than beast?. Consultado

el

01

de

noviembre

del

2010

en

http://www.nanowerk.com/news/newsid=1968.php Ohio State University. (s.f). Effects of Lipid Oxidation. Consultado el 22 de octubre del 2010 en http://class.fst.ohio-state.edu/fst605/605p/LipidOxidation.pdf Pedreño, A. (s.f.). Nanotecnología y Economía: estrategias de futuro. Consultado el 01 de noviembre del 2010 en http://iei.ua.es/nanotecnologia/nanotecnologia-y-economiaestrategias-de-futuro Prahbu, K. S. (2008), How do antioxidants work?. Consultado el 01 de noviembre del 2010 en http://www.rps.psu.edu/probing/antioxidants.html Salas, C. R. (s.f.). ¿Qué son los radicales libres?.Consultado el 14 de octubre del 2010 en http://www.lukor.com/ciencia/radicales_libres.html Sapetti, A. (s.f.). Los antioxidantes. Consultado el 14 de octubre del 2010 en http://www.sexovida.com/medicina_natural/antioxidantes.htm Smythies, J. R. (1998). Every Person’s Guide to Antioxidants. [en línea]. Consultado el 23 de octubre del 2010 en http://0-www.netlibrary.com.millenium.itesm.mx/Reader/


Aplicación de nanopartículas como antioxidantes