INTRODUCCION

Las disciplinas clasicas de la fisica, la ingenieria, la biologia molecular y el estudio de los materiales, que hasta ahora eran abordadas independientemente, actualmente convergen y son estudiadas en paralelo. El resultado ha sido la emergencia de las bio, micro y nanotecnologias. Estas ciencias operan con dimensiones anteriormente inconcebibles (millonesimas y billonesimas partes de un metro). La nanotecnologia es frecuentemente alabada como el motor que generara innovacion en todos los sectores. Este optimismo se basa en el descubrimiento de que las propiedades de cada material varian con su dimension. En efecto, estas diminutas porciones pueden emplearse para crear nuevos materiales con caracteristicas hasta ahora desconocidas.

Los desarrollos mas recientes se han centrado en iniciativas macro y micro con muy distinto alcance. Estas incluyen a nivel macro los planes estrategicos de muchas naciones desarrolladas, de algunos programas de salud a escala europea (7PM), y los analisis de inversion. Existen avances a nivel micro, de los que destacamos los sensores y monitores, los biomateriales y los dispositivos para la liberacion de farmacos en dianas. Se ha carecido, hasta el momento, del estudio de las implicaciones clinicas y economicas de estos avances sobre los sistemas sanitarios. Los agentes implicados son pacientes, clinicos, financiadores y provisores de servicios. El principal objetivo de este informe es corregir esta deficiencia mediante la preparacion de un informe que sea util en la toma de decisiones de nuestro SNSE. Esto incluiria una revision de las aplicaciones medicas y las implicaciones de las bio, micro, y nanotecnologias, asi como un plan de viabilidad para aquellos desarrollos mas esperanzadores.

La nanotecnologia se define como la creacion de materiales, dispositivos y sistemas funcionales mediante el dominio de la nanoescala (de 1 a 100 nanometros). La nanotecnologia aplicada a la sanidad se denomina nanomedicina, y se define como la comprension, la prevencion y el tratamiento de las enfermedades mediante la utilizacion de herramientas, materiales y enfoques que aprovechan esta escala. Bio-micro-nanotecnologia y nanomedicina se usaran indistintamente a lo largo de esta memoria. 

La complejidad de los patrones de enfermedad y la imposibilidad de predecir a partir de poblaciones de pacientes con distinto riesgo a menudo limitan la eficacia terapeutica en la practica actual de una medicina, muchas veces, episodica y reactiva.

La nanomedicina es crucial porque se centra en los materiales y dispositivos de construccion de escala similar a aquellos cuerpos que constituyen la biologia. Para los sistemas de provision de servicios sanitarios, esto representa un enfoque especialmente atractivo que integra la tecnologia con la fisiologia para identificar y combatir los procesos subyacentes de enfermedad. Como resultado, la nanomedicina ha surgido como la nueva dimension de la medicina: proporciona un conjunto de soluciones basadas en la prevencion y el tratamiento proactivo de los pacientes. 

Actualmente, la nanotecnologia aplicada a la medicina clinica y la fisiologia se encuentra en su primeras fases de desarrollo, y la mayor parte de la investigacion es de ambito basico y pretende dotarla de cierta organizacion. En los proximos 10-15 años, sin embargo, los avances comenzaran a integrarse en el proceso asistencial. Las primeras aplicaciones se centraran en los tests in vitro, el seguimiento remoto de los pacientes y la evolucion en la funcionalidad de los dispositivos medicos. Futuras aplicaciones ofreceran una combinacion de diagnostico y terapeutica en tiempo real para atender a las necesidades de prevencion y de enfermedades severas y cronicas.

OBJETIVOS Y ALCANCE

El envejecimiento de la poblacion, el cambio de estilos de vida y las elevadas expectativas de calidad de vida de la poblacion española precisan de un sistema sanitario innovador y eficiente.

El incremento de nuestros conocimientos sobre el funcionamiento y comportamiento del cuerpo humano a nivel molecular y de nano-escala nos permite intervenir tanto en las fases presintomaticas, agudas o cronicas de las enfermedades y, por ello, dar satisfaccion a las expectativas de calidad de vida de la poblacion.

La nanomedicina es la aplicacion practica de las innovaciones de la nanotecnologia a la salud. Aprovecha las propiedades fisicas, quimicas y biologicas que presentan los distintos materiales cuando se trabajan con ellos a escala nanometrico.

El objetivo que persigue es la monitorizacion, control, construccion, reparacion, defensa y mejora de los sistemas biologicos, trabajando con dispositivos y nanoestructuras. El enfoque basico es la nanointeraccion celular o subcelular.

El impacto de la nanomedicina se concentra, actualmente segun la literatura revisada, en tres aspectos interrelacionados: nanodiagnostico, liberacion de farmacos a dianas y control de su administracion y la medicina regenerativa (Figura 1).

La investigacion en genomica y proteomica ha incrementado el conocimiento sobre las bases moleculares de muchas enfermedades, lo que implica la existencia de nuevas oportunidades para desarrollar herramientas diagnosticas capaces de identificar predisposiciones geneticas a diversas enfermedades.

De esta manera se pretende tratar preventivamente a los pacientes, efectuando una seleccion de los tratamientos de forma individualizada y monitorizar la respuesta a los mismos.

En el campo de nanodiagnostico el objetivo es la identificacion celular precoz. Ofrece en este campo la posibilidad de mejor sensibilidad, especificidad y facilidad de realizacion. Este avance implica la capacidad de diagnostico precoz, tratamiento dirigido y control del tratamiento. Es decir el tejido de interes es primeramente retratado, utilizando contrastes de nanoestructuras especificas.

Dichas nanoestructuras son combinadas posteriormente con agentes activos farmacologicamente utilizados con terapia. Por ultimo, se puede monitorizar los cambios y resultados.

El desarrollo de sistemas de liberacion de farmacos pretende mejorar la capacidad para seleccionar celulas dianas y sus receptores. En la actualidad las investigaciones pivotan sobre dos ejes, por un lado, obtener drogas que interaccionen con mayor eficacia en el tejido enfermo, aumentar la aceptabilidad del paciente y reducir los costes y, por otro, la obtencion de drogas con diferentes medios de liberacion no convencionales.

Las nanoparticulas son especialmente eficaces en el transporte de moleculas poco solubles y las protege de una prematura degradacion. Dos son los beneficios inmediatos: mayor eficacia y minimizacion de efectos secundarios, cuya indicacion primordial es el tratamiento del cancer con drogas de elevada potencia.

Los materiales utilizados para el desarrollo de sistemas de liberacion incluyen polimeros, sinteticos, semi-sinteticos y materiales naturales como lipidos y proteinas. Muchos de los sistemas son simples transportadores incluyendo micelas, nanoemulsiones, nanoparticulas, nanocapsulas, nanogels, liposomas, nanotubos, nanofibras y polimeros.

Algunos de forma mixta como nanoparticulas magneticas son fabricados para diagnostico por imagen y sistema de liberacion en el tejido diana.

Los objetivos de la investigacion en sistemas de liberacion de farmacos se apoyan en tres principios, los sistemas de liberacion mas especificos y dirigido a tejido o celula; mayor seguridad y biocompatibilidad y el desarrollo mas rapido de medicinas mas seguras.

Los dispositivos nanotecnologicos disponibles actualmente aplicados a la investigacion de liberacion de farmacos e investigacion farmaceutica son: nanoparticulas y nanocapsulas, tecnologias de anticuerpos, conjugados de polimeros y farmacos, polimeros-proteinas y conjugados de anticuerpos, nanocristales, tecnologias de emulsificacion, liposomas, ingenieria tisular y reparacion, y dendrimeros.

En un futuro las oportunidades de investigacion y desarrollo en el campo de la nanomedicina se orientaran hacia:

·          Nuevos materiales y nanoestructuras: polimeros, lipidos y metales, biocompatibles, biodegradables y no toxicos

·          Nuevas tecnologias auto-ensambladoras

·          Sistemas tipo virus para la liberacion intracelular

·          Nanoparticulas para la ingenieria tisular

·          Transportadores polimericos avanzados de proteinas

·          Sistemas de liberacion selectiva de farmacos anticancerosos

El objetivo de la medicina regenerativa, dentro de la nanomedicina, es el trabajo vinculado y en conjunto con los mecanismos de reparacion propios del organismo. Se configuran una serie de futuras terapias diseñadas para rectificar condiciones cronicas utilizando y fomentando nuestros mecanismos fisiologicos de curacion.

La vision de la medicina regenerativa nanoasistida se centra en el desarrollo de terapias modificadoras de la enfermedad costo-efectivas que permitan la regeneracion in situ de los tejidos.

La estrategia biomimetica ha sido establecida en la medicina regenerativa por simular los procesos descritos de curacion y reparacion que acontecen en la naturaleza. Esta filosofia se sustenta en tres elementos basicos: biomateriales inteligentes, señalizacion de moleculas y celulas bioactivas. Los biomateriales inteligentes estan diseñados y condicionados a reaccionar en su conformacion molecular con el ambiente y estimular respuestas celulares.

Entre ellos estan las nanofibras, nanocables, nanoguias, nanoesferas, dendrimeros y nanocomposites.

Una de las aportaciones de la nanotecnologia en este campo es la explotacion de las posibilidades de reparacion que presentan las celulas madre adultas, son las terapias basadas en celulas y los dos objetivos que se plantean, son identificar los sistemas de señales que inician los procesos endogenos de reparacion y el desarrollo de sistemas eficientes que dirijan la reparacion. Los recientes avances en el conocimiento de la reparacion de tejidos despues de un insulto isquemico, han conseguido replantear y reenfocar la investigacion en el entendimiento de los mecanismos de reclutamiento celular, activacion y control.

Otro tipo de aportacion nanotecnologica en la medicina regenerativa es el desarrollo de implantes inteligentes, libres de celulas pero provistos de las señales adecuadas que estimulen los propios sistemas de regeneracion. Ejemplos de ellos serian la regeneracion de cartilago artrosico, el restablecimiento de secrecion de insulina por los islotes pancreaticos, la promocion de los mecanismos de reparacion de areas de sistema nervioso central o el miocardio, entre otros.

Actualmente la nanotecnologia se encuentra en la frontera entre la realidad cientifica y ambiciosas visiones de futuro, entre las primeras aproximaciones en la practica y la expectacion de sus promesas.

Resulta dificil diferenciar el mercado entre sus multiples sub-areas entre las que se encuentran sus aplicaciones en el campo de la medicina e industria farmaceutica. La mayoria de los estudios existentes analizan dos aspectos que persiguen presentar por un lado, la situacion actual, identificando los campos mas prometedores y futuros desarrollos. Por otro lado, analizar la contribucion de la nanotecnologia y sus efectos sobre aspectos economicos y sociales, tales como competitividad, crecimiento economico y empleo.

Entre los potenciadores del desarrollo de la nanomedicina se encuentran los altos costes de los tratamientos de enfermedades cronicas y graves y la dotacion de fondos para la investigacion para hacer frente al bioterrorismo. Entre las barreras economicas se encuentran los costes de los procesos de engranaje y cristalizacion para la fabricacion de nanoparticulas. Siendo el proceso regulatorio, en terminos de seguridad, la mayor amenaza a la comercializacion de productos nano-habilitados.

SITUACION DE ESPAÑA EN EL DESARROLLO DE LA NANOMEDICINA

La red española de nanotecnologias esta formada por grupos que proceden fundamentalmente del ambito publico y constituyen algunas de ellas parte de una plataforma cuya actividad es la promocion de la nanomedicina. La distribucion geografica de sus miembros, publicos y privados, se concentra como en otros sectores en centros en Madrid y Barcelona, con casi el 90%.

En España se ha constituido la Plataforma Española de Nanomedicina cuya actividad se centra en aunar y coordinar esfuerzos de los distintos agentes y actores, diseñando un sector industrial enfocado a la nanomedicina. Proporciona los analisis de mercados, estudios de los distintos sectores y apoyo tecnico a proyectos, difusion y asociacion de empresas en el sector.

Establece Una  serie de grupos de trabajo segun las distintas areas:

32% nanodiagnostico, 24% medicina regenerativa, 20% liberacion de medicamentos, 14% seguridad/regulacion y 10% comunicacion/educacion.

En la actualidad existen 180 organizaciones españolas vinculadas en la plataforma de nanomedicina.

En un marco economico en el que la industria muestra en diversos sectores una debilidad extrema con perdida de competitividad generalizada y una importante tendencia a la deslocalizacion. En el caso de la competitividad industrial, un indicador de su fortaleza es lo que se invierte en investigacion y desarrollo (I+D), recordando que España es una de las economias desarrolladas que menos recursos destina a actividades de investigacion, desarrollo e innovacion (dedicamos en 2006 el 1,03 % mientras que Europa dedica el 1,99%) sin incluir la de finalidad militar.

FUTURO

El area medica de las aplicaciones de la nanociencia es una de las que tiene mayor valor potencial.

La nanomedicina se define como el entendimiento, prevencion y tratamiento de las enfermedades usando herramientas, materiales y abordajes que operan a escala micro y nano.

Un aspecto importante es que la nanomedicina es una ciencia joven. La creacion de procedimientos seguros y eficaces basados en la nanotecnologia requeriran una pronta colaboracion entre clinicos.

Debido al tiempo que lleva la aprobacion de nuevos farmacos, habra un retraso significativo en muchas de las aplicacione de la nanotecnologia.

De esta forma, se prevee que en el rango de cinco años se de solo un cambio incremental, mientras que en el rango de diez a veinte años se espera que se realicen las aplicaciones mas significativas.

A corto plazo, los planificadores no seran conscientes de que las tecnologias que estan adquiriendo hoy se veran potenciadas por la nanotecnologia.

Sin embargo, a largo plazo se espera un cambio radical en la provision de atencion medica.

Las bio, micro y nanotecnologias haran posible la evolucion de la medicina hacia una prevencion mas temprana, una farmacoterapia mas individualizada, unos dispositivos inteligentes y unas intervenciones quirurgicas minimamente invasivas.

Estudios previos han resaltado que las principales implicaciones se daran en los medicamentos y sus sistemas de liberacion, los materiales y dispositivos implantables, y en los instrumentos de monitorizacion.

Los desarrollos tambien afectaran a la continuidad del cuidado,  al ambito de la hospitalizacion, mientras que incorporaran todas las areas de especialidad (entre otras, cardiologia, oncologia y ortopedia.

Estas tres lineas de servicio han sido enfatizadas ya que existira un incremento neto en la utilizacion de estos servicios en la proxima decada, dado que la actual fuerza de trabajo europea llegara a la edad de mayor incidencia de enfermedades cronicas. Los efectos de las enfermedades cardiovasculares, los problemas cardiacos, los distintos tipos de cancer, y la artrosis presentan potenciales incrementos de la carga sobre la productividad laboral y el sistema sanitario publico.

La naturaleza de estas especialidades cambiara drasticamente mientras que la gestion medica retrasara y probablemente eliminara la necesidad de costosas y complicadas intervenciones quirurgicas.

Estas especialidades de gran impacto afrontan tendencias tecnologicas comunes a las que la nanotecnologia puede ofrecer respuestas:

1)       los avances en el diagnostico por la imagen y los biomarcadores permiten una mas temprana y precisa deteccion, lo que facilita un rapido tratamiento y mejores resultados;

2)       el uso de terapias minimamente invasivas y dispositivos inteligentes esta reduciendo la necesidad de hospitalizacion y la duracion media de las estancias;

3)       ante una eventual escasez de farmacos, seria conveniente la comprension de las bases biologicas de la enfermedad.

La nanomedicina ofrece la oportunidad de centrarse en la raiz de la enfermedad, lo que podria suponer la eliminacion de la cirugia invasiva. En consecuencia, existe actualmente un creciente interes en la nanomedicina dado su enorme potencial para:

1.       la deteccion y prevencion de enfermedades en sus primeras etapas de desarrollo;

2.       el control del comportamiento de los farmacos sobre partes especificas del cuerpo humano;

3.       propiedades de los implantes y suavizar su reaccion en el cuerpo;

4.       la minimizacion de las terapias invasivas.

Segun las predicciones un informe de una prestigiosa entidad de prospectiva tecnologica (www.healthtech.org), los avances previstos a mas corto plazo seran los agentes de contraste y protectores, siguiendoles el desarrollo de biosensores ambientales, y algo mas tarde se preven los diagnosticos por biomarcadores, con algo mas de complejidad tecnica pero con un gran impacto en la clinica. A estos avances les seguirian los generadores de energia biologicos y los implantes inteligentes, llegando algo despues la liberacion selectiva de farmacos y la medicina molecular in vivo, tambien con grandes repercusiones en el ambito clinico.

Ejemplos de recientes progresos en el laboratorio son la mejora en la deteccion de la enfermedad de Alzheimer, las terapias regenerativas del tejido oseo, el desgaste de las celulas de un tumor, y la mejor vision de placas vasculares inestables.

La investigacion y prevision actuales acerca de las implicaciones y aplicabilidad de las nanotecnologias son limitadas y no han sido exhaustivamente estudiadas. Existe por otra parte la medicina molecular in vivo, tambien con grandes repercusiones en el ambito clinico.

Ejemplos de recientes progresos en el laboratorio son la mejora en la deteccion de la enfermedad de Alzheimer, las terapias regenerativas del tejido oseo, el desgaste de las celulas de un tumor, y la mejor vision de placas vasculares inestables.

La investigacion y prevision actuales acerca de las implicaciones y aplicabilidad de las nanotecnologias son limitadas y no han sido exhaustivamente estudiadas. Existe por otra parte la percepcion publica de la tecnologia como generadora de curas milagrosas y una labor altamente impredecible. Distintas organizaciones internacionales estan generando una gran expectacion publica. El resultado es que la publicidad parece dirigir la inversion publica y privada, mientras genera esperanzas excesivas, errando siempre en los plazos.

Concluimos que es necesario un analisis objetivo  de las implicaciones clinicas y economicas de estas tecnologias emergentes en el futuro de los procesos sanitarios.

Autores:

Del Llano J., Quecedo L., Rao A., Oteo A.

Fundacion Gaspar Casal