DNA Nanotechnology Helps Construct Synthetic Membrane Channels

As reported in the journal Science, physicists at the Technische Universitaet Muenchen (TUM) and the University of Michigan have shown that synthetic membrane channels can be constructed through "DNA nanotechnology."
This technique employs DNA molecules as programmable building materials for custom-designed, self-assembling, nanometer-scale structures. The researchers present evidence that their nature-inspired nanostructures may also behave like biological ion channels. Their results could mark a step toward applications of synthetic membrane channels as molecular sensors, antimicrobial agents, and drivers of novel nanodevices.

This 3-D print shows the structure of a functional synthetic membrane channel constructed through DNA nanotechnology -- that is, using DNA molecules as programmable building materials for custom-designed, self-assembling nanometer-scale structures. This DNA-based membrane channel consists of a needle-like stem 42 nanometers long with an internal diameter of just two nanometers, partly sheathed by a barrel-shaped cap. A ring of cholesterol units around the edge of the cap helps the device "dock" to a lipid membrane while the stem sticks through it, forming a channel that appears capable of behaving like a biological ion channel. The device is formed by 54 double-helical DNA domains on a honeycomb lattice. (Credit: Dietz Lab, TU Muenchen; copyright TU Muenchen)

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Micro and nanotechnologies revolutioning medicine

Biocápsulas

Nanotubos de carbono-Aplicaciones

Las propiedades de los nanotubos de carbono han causado que diversos investigadores y compañías consideren sus usos en diversos campos. A continuación se en listarán algunas de sus aplicaciones en dichos campos.
Salud
-Se ha demostrado que músculos artificiales  compuestos de una fibra tejida de nanotubos de carbono y rellenados con cera pueden levantar pesos hasta 200 veces más pesadas que músculos naturales del mismo tamaño.
-Nanotubos funcionalizados con anticuerpos producidos por pollos se han demostrado útiles en pruebas para la destrucción de células cancerígenas en el pecho.
-Se desarrolló un sensor que utiliza nanotubos y partículas de oro para detectar proteínas que indican la presencia de cáncer.
-Implantes médicos de plástico poroso recubiertos con nanotubos se están utilizando para entrega de fármacos. Fármacos terapéuticos que se adjuntan a nanotubos pueden ser liberados al torrente sanguíneo para una mayor efectividad lo que se ha denominando como "biocápsulas"

Medio ambiente
-Uso de nanotubos de carbono para limpiar derrames de petróleo ya que actúan como una esponja.

Energía
-En las baterías, el uso de nanotubos disminuye el tamaño de la batería haciendo posible incluso que las baterías se utilicen como una capa de pintura que unicamente necesita los componentes de manera ordenada.
-Los ultracapacitores se están desarrollando con nanotubos, estos ultracapacitores pueden almacenar una mayor cantidad de energía, suficiente para activar carros híbridos.

Materiales
 Aparte de crear materiales más resistentes que el acero y con unas mejores propiedades, el uso de nanotubos también permitirá a dichos materiales el cambiar de forma a "voluntad" del usuario como se demuestra en el siguiente video de la NASA, una aproximación futurista del desarrollo de estos materiales.

Quantum Dots

Quantum dots are nanoparticles of a semiconductor material, traditionally chalcogenides (selenides or sulfides9 of metals like cadmium or zinc with a range from 2 to 10 nanometers in diameter.

Because of their small size, quantum dots display unique optical and electrical properties that are different in character to those of the corresponding bulk material. The most immediately apparent of these is the emission of photons under excitation, which are visible to the human eye as light. The wavelength of these photon emissions depends on the size of the particle rather than the material from which the quantum dot is made. The smaller the dot, the closer it is to the blue end of the spectrum, and the larger the dot, the closer to the red end. Dots can even be tuned beyond visible light into infra-red or into the ultra-violet.

CdS quantum dots cores vary between 380-480nm. The CdS Cores are composed of cadmium sulphide with carboxylic acids as capping agent, which provides enhanced longevity and stability.

Colour	Type	Absorption	Emission	FWHM
Colorless	CdS	380nm	370 - 390nm	≤30nm
Colorless	CdS	400nm	390 - 410nm	≤30nm
Pale Yellow	CdS	420nm	410 - 430nm	≤30nm
Yellow	CdS	440nm	430 - 450nm	≤30nm
Yellow	CdS	460nm	450 - 470nm	≤30nm
Yellow	CdS	480nm	470 - 490nm	≤30nm

   

In this paper the quantum dot prepared reported a pale yellow at plain sigth against a visible orange obtained during the first process, the difference in color, as mentioned, depends directly of the size of the particle. During the second process the reaction made to obtain the CdS quantum dots diminished the size of the particle, a visible change due to the color observed, to certify the diminishment of the particle’s size, a UV spectra was made to determine the real size of both particle, the one obtained during the first process and the second one.

Referencias:

http://www.nanocotechnologies.com/content/AboutUs/AboutQuantumDots.aspx por Nanoco Group PLC, consutado el 16 de octubre, 2012.

Nanomaterial mediado del SNC para el suministro de diagnóstico y agentes terapéuticos

La investigación del diagnóstico de enfermedades y tratamientos para el Sistema Nervioso Central o SNC ha sido beneficiada por los rápidos avances en nanotecnología y la expansión en el repertorio de materiales nanoestructurados que funcionen como medios de transporte molecular. El artículo discute las últimas aplicaciones de los nanomateriales en el SNC con un énfasis en los tumores cerebrales.

Se analizan nuevas rutas de administración y transporte de medicamentos de los nanomateriales mediados del SNC que a su vez brindan diagnósticos y terapias mediante el cruce por la barrera de sangre del cerebro, tema que también se discute. Éstas rutas incluyen una disrupción temporal de la barrera de sangre del cerebro, el uso de polímeros impregnados, entrega internasal y  entrega por convección mejorada.

Para ahondar más en el tema y expander las aplicaciones de la nanotecnología, el artículo también discute un modelo in vitro de la barrera de sangre cerebral creado que es capaz de mimetizar la geometría, células y características reológicas del cerebro humano. Ésta herramienta resulta de gran utilidad para el escaneo de las nanopartículas del SNC o terapias in vivo e investigaciones clínicas.
La discusión de este modelo es incluida con Copyrigth de &y& Elsevier.

Referencia:

Biddlestone-Thorpe, L., Marchi, N., Guo, K., Ghosh, C., Janigro, D., Valerie, K., & Yang, H. (2012). Nanomaterial-mediated CNS delivery of diagnostic and therapeutic agents. Advanced Drug Delivery Reviews, 64(7), 605-613. doi:10.1016/j.addr.2011.11.014

Nanotecnología y Salud animal

La salud animal es un tema de importancia creciente tanto para dueños de mascotas como para animales en la agricultura. La nanotecnología que promete avances en medicina puede presentar los mismo avances para el área de veterinaria de modo que también las granjas ganaderas y dueños de mascotas se vean beneficiados.

Una de las áreas en las que la nanotecnología promete mejoras es en la entrega de medicamentos. Los antibióticos, probioticos y fármacos en general actuales se entregan a los animales a traves de la comida o en inyecciónes una vez que se detecta la enfermedad, sin embargo, los dispositivos a nanoescala se están planeando para detectar y tratar una infección, deficiencia nutricional o problema de salud mucho antes de que los síntomas se presenten. De la misma manera, también se podrá monitorear el funcionamiento de las medicinas ya dadas a los animales para saber si hacen o no efecto.
De la misma manera, áreas tales como el diagnóstico, tratamiento y crianza de animales se pueden ver beneficiadas con la nanotecnología y los dispositivos que se están desarrollando.

Referencia:

Kumar, S. (2010). Nanotechnology and animal health. Veterinary World, 3(22), 567-569.

Leer el artículo completo en: EBSCOhost

Laboratorio en un chip

El concepto de "laboratorio en un chip" ha estado flotando desde hace muchos años en el mundo de la tecnología pero ha sido hasta este proyecto que se han reunido varias compañias al rededor de Europa en un proyecto colaborativo para el desarrollo de este chip. Actualmente hay tres productos diferentes que ya se encuentran en fase de prueba.

Cada laboratorio en un chip está diseñado para identificar un tipo particular de ADN, de los chips que existen actualmente son: la prueba de patógenos que puede identificar tanto campylobacter o salmonela; el rango patológico que está sincronizado con proteínas en la sangre cuya presencia indica que un paciente tratado sobre cancer no tiene una reaparición de cancer; el rango ambiental que detecta la presencia de algas rojas que da la información de un cambio climatico causado por esporas de algas cuando la temperatura del mar se incrementa. Todos los chip mencionados son del tamaño de una tarjeta de crédito como se muesta en la imagen. 

Para leer más acerca del funcionamiento de éstos microlaboratorios y de su invención visita  Azonano

Tejido Biónico

Un grupo de investigadores de la Universidad de Hardvard han desarrollado un cultivo celular con un esqueleto electrónico a base de nanocables de silicio, los cuales son muy finos, porosos y flexibles de tal manera que pueden albergar células y poder estudiarlas.

Gracias a este avance ahora se puede estudiar y caracterizar el comportamiento de las células sin interferir en su funcionamiento. De la misma manera los científicos han logrado construir también un vaso sanguíneo, con el cual pudieron registrar sus impulsos eléctricos externos e internos.
La aplicación más próxima es la creación de tejidos musculares, como las de un corazón, que permitiría monitorear el estado general del tejido lo cual permitiría predecir enfermedades o algún otro problema médico mucho antes de que se presenten complicaciones. Este avance permite el desarrollo de medicamentos para caracterizarlos sin ponerlos a prueba en seres vivos.

Para leer la nota original consulta Nature Materials
Para leer la nota en español ingresa a El Universal

Potencial cura para el VIH con nanomedicina

Investigadores se aventuran con la primera cura mundial del VIH con nanomedicina.

Un grupo de científicos de la Universidad de Liverpool están encabezando un proyecto de 1.65 millones de libras para producir y probar la primera nanomedicina para el tratamiento del VIH. El proyecto de investigación intenta producir medicinas más efectivas y baratas con una menor cantidad de efectos secundarios que a su vez sean de fácil aplicación. 

La nueva terapia se está generando de modificar tratamientos previos contra el VIH llamados antiretrovirales (ARVs). La universidad ha producido recientemente una medicina ARV en nanoescala con el potencial de reducir la toxicidad y variabilidad en la respuesta que presentas los pacientes sometidos a éstos tratamientos. Las nanopartículas de la medicina han demostrado que son más efectivas ya que con cantidades menores aplicadas en otras enfermedades se logra el mismo efecto que con tratamientos previos.

El profeor Steve Rannard, del departamento de Química de dicha universidad declaró:

"La nanomedicina está siendo utilizada diariamente para tratar un rango de condiciones aplicas a lo largo del mundo. Sin embargo no existen nanopartículas dirigidas al tratamiento de VIH que hayan producido este tipo de beneficios para el paciente. Este proyecto es el primer paso para tomar la opción de la nanomedicina que se ha desarrollado en nuestro laboratorio a una clínica, representando un avance significativo en el desarrollo de nuevos tratamientos contra el VIH"

Para leer más al respecto consultar:
EureKAlert!