Letras Libres

Por: Joaquín Negrura (26 de Sept. de 2024)

INTRODUCCION:

Hace tres meses leí un artículo escrito por Dhruv Khullar publicado en la revista The
New Yorker bajo el título: El Ascenso de las nanomáquinas, en el que se confirma
que la ciencia médica ya cuenta con la capacidad de introducir en el cuerpo humano
diminutas máquinas que pueden perforar y eliminar células cancerosas y bacterias
resistentes a los antibióticos: Dos de las principales causas por las que cada año
mueren millones de personas.

Después de su lectura me surgieron algunas preguntas: ¿Cuándo será posible que
dichos avances estén accesibles para evitar la muerte de nuestro prójimo? ¿Será
que los avances de la ciencia y la tecnología médica algún día estén disponibles para
el ciudadano trabajador de la calle y no solo para las elites? Si la ciencia médica, en
la que se invierte mucho menos recursos que en la industria bélica, ha llegado a este
nivel: ¿Cuáles serán los avances tecnológicos en la guerra y la conspiración, que se
desarrollan con recursos ilimitados? Por ahora solo nos queda ver su capacidad de
muerte y destrucción.

La Nanociencia es uno de los grandes temas de la física del Siglo XXI. La palabra
“nano”significa en griego “muy, muy pequeño” y estudia los fenómenos a escala
nanométrica, mientras que la Nanotecnología  es la aplicación de la Nanociencia
en estructuras y sistemas complejos sobre las propiedades de la materia al
tamaño de la escala nanométrica.

En ciencia, el prefijo “nano” se usa para representar la mil millonésima parte de
algo. Por ejemplo, un nanosegundo es la mil millonésima parte de un segundo y lo
denotamos como 10¯⁹ s = 0.000 000 001 s; un nanogramo, es el equivalente a 10¯⁹
gr, y en longitud, el nanómetro es la mil millonésima parte de un metro,
representado como 10¯⁹ m, que también se representa como 1 nm.

Para llegar a manipular, medir la materia y el espacio a una escala nanométrica se
necesitaron instrumentos y herramientas precisas que involucran microscopios

electrónicos de barrido, de transmisión y de fuerza atómica, que permiten observar
nanopartículas individuales.

Existen muchas estructuras en la naturaleza a escala nanométrica, las cuales, hasta
hace pocos años se han podido observar, manipular y tener algún control sobre
ellas. Un ejemplo es el ADN de los seres vivos que está compuesto por moléculas
que forman estructuras nanométricas. Algunas bacterias y virus también son del
tamaño nanométrico. La ciencia y la tecnología han vuelto bastante común el
proceso de modificar el ADN de algunos seres vivos.

RESUMEN:

Dhruv Khullar comienza entrevistando a Ana Santos, una investigadora cuyo abuelo
falleció en el 2019 a causa de una infección bacteriana muy común en el sistema
digestivo, (Klebsiella pneumoniae) que se le alojó en el tracto urinario,
provocándole una infección altamente resistente a los antibióticos. Ningún
medicamento pudo devolverle la salud. Unos días después el abuelo de Ana Santos
murió. Los médicos dijeron que no podían hacer nada por él. “Una simple
infección bacteriana lo mató; pensé que la medicina se había ocupado de eso”
dijo la investigadora.

A la muerte de su abuelo ella decidió enfocar sus investigaciones en las
nanotecnologías que se ocupan de matar patógenos que infectan a los humanos.
El problema con los antibióticos tradicionales, es que las bacterias, siempre están
evolucionando y pueden desarrollar resistencia. Para ganarle la batalla a las
bacterias, los científicos y la biotecnología, necesitan armas completamente
nuevas. Esas armas podrían ser las Nanomáquinas.

Cuando ella Leyó en la revista Nature que unos científicos en Houston, dirigidos
por el químico James Tour, habían desarrollado “máquinas moleculares” que
giraban como taladros microscópicos, diez mil veces más pequeñas que el ancho
de un cabello humano, y que podían perforar y matar células individuales, decidió
unirse a sus investigaciones.

Estas “máquinas moleculares” son lo suficientemente pequeñas como para entrar

en las bacterias, adherirse al interior de las paredes celulares bacterianas y atravesar

su resistente membrana externa, rompiéndola. Estas “máquinas moleculares” se activan

con una luz azul intensa, que hace que giren millones de veces por segundo, cien mil

veces más rápido que un taladro eléctrico.

En el laboratorio Ana Santos, le demostró a Khullar como ocurría en la práctica:
inyectó a las larvas, una solución que contenía máquinas moleculares. Deslizó
una caja de Petri bajo el brillo de una luz azul e imaginé miles de pequeños
taladros adheridos a cada bacteria y luego cobrando vida. En un corto tiempo
después, vi cómo las bacterias todas estaban muertas.

En 1959, el físico Richard Feynman del Instituto de Tecnología de California,
estableció las bases conceptuales para manipular la materia en la nanoescala,
pero durante décadas, los científicos no tuvieron la tecnología para comprobar su
teoría, fue hasta en los años 80, que se pudo comprobar; cuando se inventó el
microscopio de efecto túnel, con el que se podían observar átomos individuales.
A mediados de los años 80 Eric Drexler, del Instituto Tecnológico de
Massachusetts (MIT) publicó “Motores de creación: La próxima era de la
nanotecnología” Drexler promovió el desarrollo y el uso de la nanotecnología,
pero, al mismo tiempo, le preocupaba que sin las salvaguardas adecuadas se
pudieran construir nanomáquinas que pudieran replicarse a sí mismas.
En los años noventa, Bernard Feringa un químico holandés construyó una
molécula que tenía la propiedad inusual de girar continuamente en una dirección
cuando se exponía a la luz ultravioleta. El elemento central de la molécula era un
eje de carbono, que giraba como un molinillo, generando una pequeña fuerza
propulsora.

En 2006, Tour, se basó en el trabajo de Feringa para crear el primer “nanocoche”
propulsado por un motor, que tenía aproximadamente el ancho de una sola hebra
de ADN. Adjuntó cuatro formaciones redondas de carbono, llamadas buckybolas,
a un eje y un chasis hecho de hidrógeno y carbono. Cuando los investigadores
enfocaron un láser UV sobre la molécula, los electrones en su enlace central
saltaron a un estado de mayor energía y luego se relajaron nuevamente, haciendo
que el motor girara; las ruedas giraban y el vehículo aceleraba hacia adelante. En
2017, un equipo liderado por Tour ganó la primera carrera internacional de
nanocoches. Los científicos observaron sus creaciones utilizando un microscopio

de efecto túnel; Tour alcanzó una velocidad promedio de noventa y cinco
nanómetros por hora.

Ese año, Tour publicó el artículo que llamó la atención de Ana Santos. Las
máquinas moleculares podrían hacer más que competir en nano-coches.
Potencialmente, podrían ayudar a administrar medicamentos a puntos específicos
del cuerpo humano. También podrían localizar células peligrosas, perforar
agujeros en sus membranas y provocar una muerte rápida y violenta.
Tour explicó los dos grandes avances en el campo de las máquinas moleculares. El
primero tenía que ver con la fuente de energía de las máquinas. Para activarlas
habían utilizado inicialmente luz ultravioleta. Pero algunas máquinas más nuevas,
podrían activarse con una luz aún más débil, conocida como infrarrojo cercano,
de efectos menos nocivos.

El segundo descubrimiento se relacionaba con la rapidez y la forma en que se
movían las moléculas. Ayala Orozco un investigador del laboratorio de Tour,
descubrió que las moléculas podían ser estimuladas para oscilar billones de veces
por segundo, lo que las hacía más parecidas a martillos neumáticos que a
taladros. Estos investigadores inyectaron a ratones millones de células de
melanoma y, una semana después, miles de millones de martillos neumáticos
moleculares. La mitad de los ratones tratados se liberaron del cáncer.
Pero las máquinas moleculares podrían resultar peligrosas para los humanos por
la misma razón que son poderosas contra los patógenos: la selección natural no
nos ha preparado para ellas. “Los sistemas biológicos no han evolucionado para
reconocer e inferir con funciones y capacidades nanotecnológicas afirmaron
investigadores en la revista Health Security en 2019.

No es que nuestros cuerpos nunca se hayan topado con algo tan diminuto como
una nanomáquina: la ceniza volcánica, ciertos virus y los fragmentos más
pequeños de polen y polvo mineral todos están en la misma escala. Todas estas
diminutas partículas están a nuestro alrededor y siempre lo han estado. Lo
diferente de las nanomáquinas, dijo Maynard, es que pueden diseñarse para
propósitos específicos: “Cuando empiezas a hablar de nanomáquinas activas,
corres el riesgo de alterar negativamente sistemas biológicos complejos”.

Para los taladros moleculares que está desarrollando el laboratorio de Tour,
utilizar la luz visible como fuente de energía tiene ventajas e inconvenientes. La
luz visible puede penetrar sólo unos pocos milímetros debajo de la superficie de la
piel humana, lo que significa que las máquinas son más adecuadas para tratar
afecciones superficiales que para solucionar problemas profundos del cuerpo. La
luz del infrarrojo cercano utilizada para activar los martillos neumáticos
moleculares puede penetrar un par de pulgadas; el equipo de Tour planea centrar
la mayor parte de sus esfuerzos futuros en ellos. Pero la luz sirve como una
especie de interruptor de encendido y apagado. Tour dijo que, debido a que las
nanomáquinas requieren una alta intensidad para su activación, es poco probable
que se activen sin darse cuenta. También argumentó que no serían más peligrosas
que las tecnologías que ya están muy extendidas. Otros científicos están
experimentando con nanomáquinas activadas por calor, acidez, imanes u ondas
sonoras.

Sonia Contera, física de la Universidad de Oxford, estudia cómo las formas
biológicas influyen en la función. La estructura anular de la clorofila permite a las
plantas convertir la luz solar en energía utilizable; las fibras nerviosas
infinitamente delgadas de nuestro cerebro impulsan la cognición. En 2019,
Contera publicó un libro en el que explica “Cómo la nanotecnología está
cambiando la medicina y el futuro de la biología”. Está interesada en el posible
uso de nanotecnologías para desarrollar sensores para patógenos, incluidas,
potencialmente, armas biológicas. Si la mutación del Corona virus fue algo
manipulado artificialmente desde un laboratorio es posible que solo estemos al
inicio de las futuras guerras biológicas que destruirán a la humanidad.

Aprender a utilizar máquinas moleculares, nos permite manipular la biología en su
nivel más fundamental. “La escala nanometrica es la escala que el universo eligió
para crear vida”. Es una especie de puente entre el mundo cuántico de ondas y
partículas y el mundo biológico del ADN y las proteínas. Históricamente, la
medicina ha actuado a través de formas cada vez más sofisticadas de química: la
aspirina bloquea una enzima proinflamatoria; Lipitor inhibe la síntesis de
colesterol. Contera ve las máquinas moleculares de Tour y Santos como parte de
un movimiento científico para manipular los componentes básicos de la vida
mecánicamente, en lugar de químicamente. “Ahora estamos en un lugar donde
podemos influir en la física de la célula”.

En el cuerpo humano, las máquinas moleculares podrían permitir que los
antibióticos obsoletos vuelvan a ser eficaces, por ejemplo, interrumpiendo las
bombas que las bacterias han desarrollado para expulsarlos o penetrando gruesas
membranas bacterianas que mantienen alejados a los medicamentos. Un grupo
de investigadores del Centro Médico de la Universidad de Texas demostró
recientemente que sus nanopartículas podrían romper las defensas moleculares
alrededor de los tumores; también podrían colocar un sistema de edición de
genes, que luego reescribiría un gen que el cáncer utiliza para evadir el sistema
inmunológico. Otros científicos están intentando desarrollar máquinas que algún
día podrían recolectar metales raros del agua de mar o extraer carbono de la
atmósfera.

Ana Santos cree que la aparición de las “máquinas moleculares” será menos como
la invención de una herramienta individual y más como la creación de una nueva
caja de herramientas. “Tenemos que decidir qué herramienta funciona mejor
para cada trabajo”, Las nanomáquinas traen a la mente otras innovaciones para
las que los científicos encontraran nuevas aplicaciones con el tiempo.

Después de que se inventaran los láseres, en 1960, los militares los usaron para
mejorar los sistemas de guía de las bombas inteligentes; ahora se utilizan para la
cirugía ocular, Internet de alta velocidad y eliminación de tatuajes. Por supuesto,
por cada tecnología como el láser, hay muchas otras que nunca están a la altura
de sus promesas. Dirigir la cantidad correcta de máquinas moleculares a los
lugares correctos, de modo que hagan exactamente lo que están hechas para
hacer y nada más, es mucho más fácil en una placa de Petri que en un cuerpo
vivo.

Algunas máquinas podrían tener reacciones adversas con el sistema
inmunológico; otras pueden ser dañinas para las células de los mamíferos.
Probablemente pasarán muchos años antes de que las tecnologías se prueben en
humanos. “Hay un gran salto entre demostrar que algo funciona en un laboratorio
y demostrar que funciona en personas”, “Estas nanomáquinas podrían ser un
nuevo paradigma de tratamiento, pero el cuerpo humano es enormemente
complejo. Muchas cosas que pensábamos que funcionarían en los humanos
resultaron ineficaces o tóxicas”. Aun así, se avanza en el conocimiento que, en el
futuro, podría beneficiar a la humanidad”. El poder sobre la naturaleza es uno de
los rasgos definitorios de la humanidad y uno de los más destructivos.

¿Qué posibilidad hay de que su trabajo nunca llegue a pacientes como su abuelo?
Le preguntó Khuller a Ana Santos: La mayoría de las investigaciones médicas
fracasan, especialmente si se apartan de la práctica científica establecida.
“Intento moderar mis expectativas, Pero también confío en que esto sea posible”.
Las máquinas moleculares están a nuestro alrededor: en los flagelos que pueden
propulsar microorganismos individuales, en las enzimas que descomprimen
nuestro ADN, en las proteínas que transportan carga a través de nuestras células.
“No estamos inventando nada nuevo”, “Nos estamos inspirando en lo que ya
ocurre en la naturaleza. Pero ahora tenemos más capacidad en cómo se
desarrolla la historia natural”.

Referencias:

i. Dhruv Khullar, The New Yorker 24 de junio de 2024.
ii.http://www.revistaciencia.amc.edu.mx/images/revista/67_3/PDF/ComprimiendoLaLuz.pdf
iii. Página web de la Dra. Cecilia Noguez Garrido.