Na-no-bio-tec-no-lo-gí-a. En inglés, el nuevo término es más difícil de pronunciar que en castellano (ocho sílabas en éste, siete en aquél). Ahora bien, ¿de qué trata? Simplemente, de biotecnología en nanoescala. Un nano (*) es un milésimo de micrón (µ), o sea un millónesimo de milímetro (mm).
La novedad, en cierto modo relacionada con la nanocomputación, se origina en una serie de experimentos hechos en el laboratorio que maneja Charles Lieber, de la Universidad de Harvard. Semanas atrás, un graduado en química, Yi Cui, trabajaba con un microchip que contiene diez hilos de silicón, cuyo grosor no pasa de 10 * (0,01 µ ó 0,00001 mm). ¿El objetivo de este trabajo? Diagnosticar un cáncer de próstata. Para eso, los hilos habían sido cubiertos con biomoléculas afines a una proteína que, en varones de cierta edad, es señal de un tumor. Si la cosa marchase bien, se detectaría una leve señal eléctrica cuando las moléculas se adhirieran a los nanohilos.
Así ocurrió, en efecto, y no sólo se detectó la proteína, sino que bastaron tres o cuatro moléculas y una mínima preparación previa para lograrlo. Esto era lo inédito en una prueba cuyas implicaciones médicas son vastas. Dado que cualquier diagnóstico sobre cáncer de próstata debe diferenciar entre niveles normales y altos de esa proteína, este método ultrasensible podría registrar incrementos habitualmente imperceptibles.
Un híbrido con potencial
Más aún, la detección tendrá costos muy bajos y los propios pacientes podrán hacérsela en casa entre una visita al médico y otra. Obviamente, el nanodispositivo de Lieber y Cui es apenas un prototipo experimental, pero se ha puesto -por ahora- a la vanguardia de crecientes esfuerzos mundiales en el nuevo campo de investigaciones. Si bien la nanobiotecnología es un híbrido, ya está generando herramientas e instrumentos capaces de aislar o detectar desde moléculas hasta sistemas microscópicos y de “leer” cadenas individuales de ácido desoxirribonucleico (ADN).
Las implicaciones médicas y biológicas son innumerables. Aparte de detectar los síntomas más prematuros o leves de un mal -por ejemplo, una simple espora en ántrax-, estos instrumentos permitirán diagnosticar más rápida o fácilmente patologías complejas. Por ejemplo, sería factible anticipar infartos que, a menudo, suelen “anunciarse” por sutiles cambios en docenas de proteínas.
A la inversa, un solo microchip extraería de una gota de sangre un diagnóstico múltiple de amplios alcances. En lo tocante a investigaciones farmoquímicas, la nanobiotecnología aportará un arsenal de herramientas para descubrir y evaluar drogas potenciales en procesos más acelerados, pues será posible “filtrar” millones de fórmulas a la vez.
Algunas de estas ambiciosas metas probablemente exijan años de investigaciones, pero este nuevo campo acabará generando métodos y dispositivos revolucionarios. Sin embargo, de hoy a dos años, su aplicación comenzará a desplazar los actuales procedimientos de análisis o diagnóstico por herramientas más baratas y precisas.
Esos productos iniciales serán microprocesadores diseñados para detectar enfermedades específicas o determinados desórdenes genéticos. En rigor, ya están desarrollándose en una docena de emprendimientos especializados. A veces, con tecnologías propias (US Genomics), otras, las más, con tecnologías de fuente académica. Así, la Universidad del Noroeste provee tecnologías a Nanoink y Nanospheres; Harvard-MIT a Agilent, Nanosys y EngeneOS; Stanford a Molecular Nanosystems; Cornell a Nanofluidics y Pennsylvania State a SurroMed.
Mundos que se acercan
En general, biología y electrónica -aspectos informáticos inclusive- han vivido en mundos diferentes. Pero hoy ambos dominios se mezclan, pues las biomoléculas -ADN, proteínas- tienen unos pocos nanos y los científicos están aprendiendo a construir dispositivos en esa escala. El resultado es una nueva clase de instrumental que explota una característica de las biomoléculas -unirse selectivamente entre sí- y la capacidad de la nanoelectrónica para detectar al instante los sutiles cambios eléctricos generados por esos procesos.
“Lo realmente interesante de estas técnicas es que permiten tomar componentes inorgánicos, normalmente encerrados dentro de un chip eléctrico, y combinarlos con biomoléculas”, explica Paul Alivisatos, cofundador de Nanosys y químico en la Universidad de California (Berkeley). Por cierto, dispositivos nanoelectrónicos como el construido en el laboratorio de Lieber podrían desalojar el complejo aparataje hoy necesario en la detección ultrasensible. “Si uno quisiera aislar una sola molécula en el laboratorio convencional, precisaría un láser tamaño escritorio, más un montón de instrumentos ópticos y marcas químicas para amplificar señales y lograr observarlas”, señala Larry Bock, CEO de Nanosys.
En busca de glucosa
Sin duda, “achicar” esa parafernalia lo suficiente como para meterla en un chip ensanchará el horizonte de aplicaciones en el diagnóstico médico. Por ejemplo, Hongjie Dai (Stanford) ha elaborado un dispositivo capaz de registrar glucosa en cualquier molécula de carbono con propiedades electrógenas, a partir de un solo nanotubo del mismo material. Las moléculas de glucosa reaccionan ante las de carbono en la superficie del nanotubo creando señales eléctricas que denotan concentraciones de glucosa.
Aunque todavía en fase experimental y conceptual, ese instrumento podría desarrollarse en forma de nanosensor implantable en diabéticos. Para ello, Dai fundó Molecular Nanosystems en diciembre, cuyo objeto es comercializar eventuales dispositivos basados en nanotubos, entre ellos biosensores médicos.
Muchas aplicaciones, no obstante, no exigen un solo nanodetector, sino una densa red. De ese modo, sería posible rastrear miles, si no millones, de biomoléculas diferentes en una sola muestra de sangre u otros fluidos. Esto facilitaría el diagnóstico de enfermedades cuyas marcas moleculares fuesen complejas.
Uno de esos casos es la artritis reumática, un mal autoinmune con muchas variantes, cada cual signada por sutiles diferencias en el agrupamiento de proteínas. Lo ideal sería, claro, que cada variante sea combatida mediante un tratamiento apenas diferenciado. En la actualidad, a los pacientes se les aplica en general la misma terapia, por lo que -sostiene Dai- “un formato nano depararía diagnósticos muy precisos y discriminatorios, algo así como hojas de ruta para tratamientos a medida”.
Sensores pegadizos
Esta clase de ensambles de nanodetectores promete deparar muchas ventajas sobre las tecnologías corrientes, es decir la actual gama de chips ADN, proteínicos, etc. Todos ellos requieren marcación fluorescente de moléculas y microscopios ópticos para detectar el flujo generado al combinarse aquéllas entre sí. Lo que es más, se necesita combinar alrededor de mil moléculas para producir una luminiscencia detectable. Con recursos nanoelectrónicos, no se precisan equipos complejos ni costosos, pues esta tecnología permite detectar instantáneamente un puñado de moléculas.
Por supuesto, los nanosensores funcionan sólo si son lo bastante “pegadizos” como para prenderse a las moléculas que interesan. Chad Mirkin, director de nanotecnología en la Universidad del Noroeste cree en el oro, dicho literalmente: nanopartículas áureas a las que se les adhieren muchos fragmentos de ADN y pueden “apuntar” a cadenas específicas.
Entre hoy y fines de 2003, Mirkin y sus colegas desarrollarán un dispositivo de diagnóstico sencillo, capaz de diagnosticar al momento -en el consultorio del médico- enfermedades o predisposición a ellas. Ello dependerá de qué fragmentos de ADN se empleen. “Habrá chips diseñados para grupos de enfermedades, inclusive las transmisibles por vía sexual, fibrosis cistítica o predisposiciones genéticas al cáncer de colon y la hipercoagulación sanguínea”.
Pensamientos fotografiados
Técnicamente, se llama resonancia magnética funcional por imágenes (RMFI). A sus inventores John van Horn y Michael Gazzaniga (colegio Dartmouth, Harvard) no les hace mucha gracia, entonces, que alguien la haya bautizado “máquina de fotografiar pensamientos”. Pero así son las cosas.
Una compleja mezcla de componentes electrónicos e informáticos permite a este dispositivo -desarrollado desde 1999, aunque sus características recién se difunden ahora- “fotografiar” una gama de estados mentales, incluso emociones primarias. El objetivo de sus creadores es obtener eventualmente un mapa de funciones cerebrales. En varios sentidos, se parecerá al mapa genético ya existente.
Por de pronto, Gazzaniga y van Horn han generado una base de datos con las imágenes ya recogidas por el sistema RMFI. Según el semanario The Economist, la revista Red Herring y el servicio en línea Nando Times, entre 300 y 400 científicos e investigadores alrededor del mundo se han puesto en contacto con el equipo del Dartmouth. Entretanto, éste ya ha diseñado un subprograma que altera ciertas características somáticas para proteger la intimidad de las personas sobre quienes se trabaja en laboratorio.
Como ocurre con peligrosa frecuencia, los científicos se hallan sujetos a presiones de Washington. De acuerdo con Erik Parens (Hastings Center, Nueva York), “gente del FBI, la CIA y otras agencias quisieran emplear la RMFI como detector de mentiras”. A su vez, Gazzaniga señala que el sistema detecta emociones y cambios en ellas, “pero no explica causas ni motivaciones”.
Este tipo de estudios y experimentos intenta, en realidad, develar los misterios del funcionamiento cerebral, un terreno relativamente poco conocido. Sobre todo si se compara con el campo biogenético. La “máquina de fotografiar emociones” -denominación más feliz que la que alude a “pensamiento” y remite a Hollywood- interesa a sectores diversos. Por ejemplo, al grupo que trata de descifrar el mecanismo básico y los nexos entre fisiología y actividad mental.
También están quienes buscan terapias y compuestos farmoquímicos para curar patologías cerebrales o modificar conductas. En rigor, uno de los mejores negocios del momento es fabricar y vender específicos -estilo Prozac, Effexor, etc.- capaces de alterar el flujo de sustancias químicas y, entre otras cosas, morigerar estados depresivos.
Este avance neurocientífico, por otra parte, puede tener implicancias éticas, judiciales y hasta estratégicas: acceder de algún modo al “interior profundo” de una mente no es juego de niños, máxime si sistemas como la RMFI se combinan con la nanobiotecnología (otra novedad). Ni que decir si van Horn, Gazzaniga y sus inevitables émulos lograsen medir la predisposición de un individuo -peor, un grupo étnico o cultural- a determinadas emociones como violencia, agresión o depresión. Esto ocurriría si, en verdad, este tipo de reacciones tuviese base orgánica.
Por eso, Parens advierte sobre una serie de “consecuencias no buscadas ni deseables. Por ejemplo, que los datos cerebrales de una persona trasciendan y perjudiquen su condición social, profesional, laboral o política”. Menos alarmista, el neurofisiólogo Mauro Mancia, de la Universidad de Milán cree que “las bioimágenes permiten sólo establecer relaciones entre hechos físicos y actitudes mentales. Pero no develan sus causas. Es como una foto común: muestra la cara de alguien, no sus problemas de colesterol”.
El flamante campo de las resonancias magnéticas funcionales por imágenes ya prevé un derivado, vía contraverificación de resultados. Aquí entra otra tecnología, la instilación magnética transcraneal (IMT). La convergencia de ambas en un futuro mapa del cerebro será facilitada por los nanosensores actualmente ensayados en dos o tres laboratorios académicos de Estados Unidos.