A pesar de que la gran distancia de tamaños que separa el mundo nanométrico de nuestro entorno cotidiano, un gran número de propiedades de los materiales y dispositivos de uso común están determinados por su estructura a nivel nanoscópico. El impacto que la Nanociencia pueden tener sobre un número enorme de aplicaciones tecnológicas, farmacéuticas e industriales es por tanto enorme: los ya hoy en día diminutos circuitos electrónicos que viven dentro de nuestros ordenadores personales y cajeros automáticos podrían ser reemplazados por moléculas individuales especialmente diseñadas para llevar a cabo la misma labor, multiplicando la potencia de nuestros sistemas electrónicos (ver el comentario de Pilar Segovia); nanopartículas con propiedades magnéticas u ópticas específicas podrían utilizarse (y ya están siendo utilizadas en ratones) a fin de desarrollar nuevos métodos no invasivos para el estudio de determinadas enfermedades; nuevos y más potentes métodos de cálculo podrían ser empleados para el diseño racional de fármacos, el cual aún hoy en día se lleva a cabo en gran medida por la fuerza bruta del ensayo y error; las superficies sólidas de cuerpos en contacto podrían recubrirse con determinados compuestos químicos para disminuir la fricción en su actividad mecánica. La diversidad de las aplicaciones está relacionada con el gran número de fenómenos observados en la vida real que dependen en último término de fenómenos que tienen lugar en la escala de tamaños del nanómetro.

El aspecto de las aplicaciones, también llamado Nanotecnología, ha levantado mucho interés y diversos medios de comunicación lo han ensalzado como la futura esperanza de desarrollo tecnológico, posiblemente llevando a la Humanidad hacia una nueva Revolución Industrial (ver por ejemplo el próximo número que aparecerá el 5 de Julio de la prestigiosa revista “The Times”). Ciertamente el potencial para satisfacer estas expectativas existe, pero aún nos queda un largo camino por recorrer hasta que estas investigaciones comiencen a producir los frutos esperados. Y esto nos lleva a un aspecto también muy importante del presente de la Nanociencia, esto es, su carácter abierto de investigación puntera en las mismas fronteras del conocimiento. Nuevos y mejorados métodos de fabricación de nano-objetos son necesarios para que los prototipos puedan ser convertidos en aplicaciones industriales reales; nuevas maneras de medir propiedades físicas deben ser desarrolladas a fin de caracterizar el resultado de la fabricación; nuestro conocimiento de las fuerzas e interacciones interatómicas e intermoleculares debe alcanzar un grado tal de precisión que nos permita predecir cómo se comportarán estos sistemas en funcionamiento real, de la misma manera que un ingeniero o un arquitecto avezado pueden predecir si una construcción marina aguantará el envite de las mareas usando su conocimiento de las propiedades de los materiales y las Leyes de Newton.

Los citados anteriormente son tan solo algunos ejemplos para poner de manifiesto la imperiosa necesidad de ahondar en nuestra comprensión de la rica fenomenología de mundo nanoscópico. Hay muchos más, de la misma manera que hay muchos más ejemplos de posibles empleos prácticos de dichos conocimientos. De éstos, muchos terminarán siendo una pista falsa, o un callejón sin salida, pero otros funcionarán. Si queremos que España y la Comunidad de Madrid se suban con fuerza al tren del futuro, es necesario disponer del capital y las infraestructuras que permitan a la comunidad científica madrileña competir con garantías en el ámbito internacional. Gracias a iniciativas divulgadoras como esta esperamos que la sociedad tome conciencia de la importancia de estas investigaciones, y que la actividad política siga prestando un interés renovado a las necesidades y requerimientos de los científicos madrileños.

Roberto Otero. Laboratorio de Superficies LASUAM, UAM

La Nanociencia se dedica al estudio de los objetos de tamaño nanométrico (1 nanómetro = 1 millonésima de milímetro) y de los fenómenos que tienen lugar en esta escala de tamaños. Una millonésima de milímetro es una distancia muy pequeña (aunque aún es un millón de veces más grande que el núcleo atómico), pero para hacernos una idea de cómo de pequeña podemos pensar que el tamaño de un átomo (aproximadamente 0.1 nanómetros) es al tamaño de una manzana lo que el tamaño de la manzana es al de la Tierra.

Una primera cosa que salta a la vista es el carácter interdisciplinar de la Nanociencia: objetos de tamaño nanométrico son relevantes para la Física (por ejemplo, las nanopartículas magnéticas descritas por María del Puerto), la Química (la gran mayoría de las moléculas conocidas son de tamaño nanométrico, por ejemplo los nanotubos de carbono descritos por Pilar Segovia) y la Biología (los tamaños de todas las moléculas importantes para la vida, como las proteínas o los ácidos nucleicos son del orden de algunas decenas de nanómetros). Esto está llevando a una fertilización mutua entre las distintas disciplinas científicas, tradicionalmente separadas en compartimentos estancos. Así, ahora los físicos nos preguntamos acerca de las propiedades físicas de proteínas y nanotubos, los químicos diseñan moléculas que conduzcan electricidad o que inhiban la acción de determinados virus, y los biólogos recurren a físicos y a químicos para entender los cambios mecánicos de las biomoléculas en procesos bioquímicos fundamentales para la vida, como la replicación del ADN. Así pues, acumular conocimientos en Nanociencia equivale a tender puentes entre las distintas disciplinas, lo que permite mirar hechos conocidos desde ópticas diferentes y empleas nuevos métodos para revelar aspectos desconocidos e insospechados de sistemas que creíamos bien estudiados.

Por supuesto, esto nos lleva a la siguiente pregunta: ¿y todo esto para qué sirve? Discutiré algo acerca de los posibles e imposibles usos futuros de la Nanociencia en otra contribución que mandaré en unos días. Hasta entonces, que disfrutéis y soñéis con los nano-ángeles.

Roberto Otero. Laboratorio de Superficies LASUAM, UAM

Los últimos estudios en nanopartículas magnéticas y sus aplicaciones biomédicas nos revelan un futuro muy prometedor para estos materiales tanto en la detección de tumores y metástasis, como en el tratamiento de los mismos mediante administración de fármacos o tratamientos de hipertermia. Por una parte tenemos la resonancia magnética nuclear que es una técnica no invasiva para la diagnosis y monitorización del crecimiento de tumores en enfermos de cáncer. Suspensiones coloidales de nanopartículas magnéticas se utilizan hoy en día para conseguir un contraste mayor en las imágenes de RMN en la zona donde las partículas se concentran. Por otra parte tenemos la administración de fármacos de forma controlada, que es crucial para alcanzar una terapia efectiva y reducir efectos secundarios.

La investigación va dirigida a la utilización de partículas magnéticas como vehículos para transportar el medicamento y con un campo magnético externo concentrar las partículas en la zona a tratar. Finalmente, lo que se pretende con la ayuda de las nanopartículas magnéticas es combinar ambas técnicas, dando lugar a una terapia que permita monitorizar al mismo tiempo la distribución de medicamentos y la evolución del tumor bajo tratamiento.

Las ventajas de utilizar nanopartículas magnéticas son, el tamaño, la gran relación superficie/volumen y sus propiedades magnéticas. En cuanto al tamaño, nos referimos a partículas de diámetros entre 1 y 100 nm que son capaces de aproximarse a una célula e incluso interaccionar con ella. La gran superficie que presentan dado su pequeño diámetro permite su recubrimiento con materiales orgánicos o inorgánicos que por una parte hacen que el producto sea biocompatible y por otra permiten funcionalizarlo con diversos materiales como enzimas, anticuerpos o medicamentos para hacer su función específica. Finalmente, el hecho de que el material sea magnético hace posible que las partículas sean dirigidas a un órgano o tejido determinado por acción de un campo magnético exterior. Además, mediante la aplicación de un campo magnético alterno, es posible producir un calentamiento en la zona donde se inyectan las partículas, debilitando las células tumorales y haciéndolas más susceptibles a otros tratamientos o dando lugar a la muerte celular.

Puntos importantes de esta investigación son el desarrollo de métodos de síntesis de nanopartículas fiables y reproducibles, con control del tamaño de partícula y su distribución, la modificación superficial de las nanopartículas para obtener suspensiones coloidales biocompatibles y el estudio de sus propiedades magnéticas, su especificidad y biodistribución una vez inyectadas “in vivo”.

El grupo de “síntesis y caracterización de nanopartículas” del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), liderado por el Profesor Carlos J. Serna, lleva 10 años trabajando en el desarrollo de diversos métodos de síntesis de estas nanopartículas y su modificación superficial para la obtención de suspensiones coloidales biocompatibles con propiedades específicas para cada aplicación. En el caso de los agentes de contraste para imágenes por resonancia magnética nuclear (RMN) cabe destacar el desarrollo de un nuevo producto basado en nanopartículas de hierro metálico recubierto con oxido de hierro que da lugar a un contraste 60% veces mayor que el obtenido por agentes de contraste comerciales cuando estos son inyectados en ratas. Nuestro objetivo principal en los próximos 5 años es utilizar este material e introducirlo en cápsulas artificiales junto con fármacos para transportarlo hasta las zonas de interés siguiendo el tratamiento mediante las imágenes de RMN. Este es uno de nuestros proyectos, llamado MAGICO y financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia, en el que trabajan cuatro grupos de investigadores, dos de ellos físicos de la Universidad de Barcelona y la Complutense de Madrid, un grupo del Centro Nacional de Biotecnología y el grupo del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid.

Maria Del Puerto Morales, Instituto de Ciencia De Materiales de Madrid, CSIC

Bienvenidos al blog de Nanociencia. Este es un foro interdisciplinar dedicado a la nanociencia y la nanotecnología que pretende ser un punto de encuentro para que todos los que estamos interesados en estos campos.

La nanociencia puede considerarse como uno de los más ambiciosos e innovadores proyectos científicos a escala mundial donde aunan esfuerzos un gran número de investigadores de muchas disciplinas científicas y donde las posibles aplicaciones podrían considerarse casi de ciencia ficción. De esta forma es posible imaginar desde micro robots trabajando en el interior de seres vivos hasta nano-fármacos inteligentes diseñados para atacar selectivamente células cancerígenas, pasando por nanomemorias magnéticas, todos ellos construidos a escala nanometrícas, es decir, construidos átomo a átomo.

El principal reto de futuro será incorporar la nanociencia como un nuevo campo multidisciplinario vinculado estrechamente a la sociedad, tanto por sus aplicaciones como por su potencialidad para resolver los problemas más urgentes, como el acceso a recursos energéticos, lucha contra ciertas enfermedades y nuevos avances tecnológicos.

Esperemos que este sea un foro adecuado para intercambiar ideas, opiniones o incluso dudas para todos aquellos interesados en esta bella área científica.