Imágenes de nanotubos en células humanas

Según este artículo publicado esta semana en nanotechweb.org, científicos del Reino Unido han logrado obtener las primeras imágenes de nanotubos de carbono en células humanas, descubriendo que los nanomateriales pueden matar las células en función de la dosis y le tiempo de exposición. Estos resultados, publicados en la revista Nature Nanotechnology, podrían ayudarnos a entender mejor hasta qué punto son tóxicos los nanotubos de carbono.

Los nanotubos de carbono de pared simple (SWNT) resultan muy prometedores para aplicaciones dentro de la biomedicina. Sin embargo, los investigadores todavía se sienten inseguros ante la posible toxicidad de estos nanomateriales. Estudios previos indican que los nanotubos son sumamente tóxicos para las células, pero hasta ahora nunca se habían obtenidos imágenes directas de los nanomateriales, debido a la dificultad de distinguir los nanotubos de carbono de las estructuras celulares ricas en carbono.

Ahora, Alexandra Porter, de la Universidad de Cambridge, y sus colegas han logrado obtener imágenes en directo de los SWNT en el interior de las células. Con estas imágenes, los investigadores obtuvieron pruebas evidentes de que los nanotubos se introducen en las células humanas y se acumulan en el núcleo y el citoplasma de la célula, pudiendo causar la muerte celular.

El equipo, que incluye científicos del Daresbury Lab, de Cheshire, obtuvo imágenes de los SWNT en el interior de células macrófagas utilizando una combinación de microscopía electrónica por transmisión (TEM) y de técnicas de microscopía confocal. Los investigadores lograron captar en imágenes la luz reflejada desde los SWNT intracelulares en el microscopio confocal rellenando los nanotubos con halogenuros metálicos.

Porter y sus colaboradores descubrieron que las células expuestas a concentraciones elevadas de nanotubos (de 5 µg/ml) permanecían relativamente sanas incluso tras haber pasado dos días. Sin embargo, tras cuatro días, concentraciones más bajas de nanotubos (de 0 a 19 µg/ml) conducían a una disminución significativa de la viabilidad de la célula. El motivo es que algunos de los nanotubos se habían introducido en el citoplasma de la célula y llegado al núcleo.

Los investigadores eligieron las células macrófagas por ser éstas la primera línea de defensa frente a los materiales externos en muchos tejidos, incluidos los pulmones. Las nanopartículas inhaladas deberían ser ingeridas por los macrófagos, evitanso su entrada en el cuerpo.

Porter y sus colegas afirman que sus resultados no implican necesariamente que los nanotubos de carbono sean intrínsecamente tóxicos o que no se deban utilizar en ningún tipo de tratamiento. "Hay muchos otros factores que influyen en la exposición", señala Porter, "y todos deben ser estudiados antes de poder afirmar que [los nanotubos] son tóxicos".

Fibras de nanotubos de carbono super fuertes

Los nanotubos de carbono tejidos para formar largas fibras similares a hilos podrían llegar incluso a superar a los materiales a prueba de balas más resistentes del mercado, pero se ha comprobado que convertir los nanotubos en este tipo de materiales supone todo un reto.

Ahora, según un artículo publicado esta semana en Technology Review, un equipo de investigadores afirma haber mejorado el método de elaboración de estas fibras. Según ellos, pueden sacarlas de un horno caliente más rápido, lograr una mejor alineación de los nanotubos y mejorar considerablemente su resistencia. Aunque, de momento, las fibras de nanotubos se pueden hacer solo en pequeños lotes –y, según los expertos, solo de corta longitud— se muestran muy prometedoras para el desarrollo de materiales elásticos ultraresistentes, con posibles aplicaciones que van desde chalecos antibala a perforaciones petrolíferas.

Alan Windle, profesor de ciencias de los materiales de la Universidad de Cambridge, en Inglaterra, fabricó y probó las nuevas fibras de nanotubos junto con investigadores del Natick Soldier Research Development Center, de Massachusetts, EEUU. Windle y sus colegas tiraron de las fibras de nanotubos, observando que las más débiles se rompían a tensiones de alrededor de 1 gigapascal, lo que las equipara al acero.

Las fibras de nanotubos de carbono con los mejores resultados se rompieron a unos 6 gigapascales, lo que supera la resistencia de algunos materiales utilizados en los chalecos antibala, como el Kevlar. Estas nanofibras igualaron las resistencias más elevadas, registradas para dos de los materiales más fuertes del mercado, Zylon y Dyneema, también utilizados en chalecos antibala. Una única fibra de nanotubos extremadamente resistente rompió las estadísticas, llegando a los 9 gigapascales de tensión (mucho más que cualquier otro material) antes de romperse.

"Estamos complacidos con los resultados, pero no sorprendidos", señala Windle. "Se sabe que las propiedades de los nanotubos a título individual son cinco veces mejores", añade, "lo que hace que sea optimista. Todavía se puede mejorar mucho".
Para elaborar las fibras, los investigadores utilizaron un método descubierto por el equipo de Windle en el 2004, según el cual un horno vaporiza carbono y produce un raudal de nanotubos. Cuando estos nanotubos son capturados en el aire y tejidos y enrollados en una bobina, forman una fibra compuesta por miles de millones de moléculas alineadas a lo largo del nanotubo.

Modificando la temperatura del horno y ajustando la velocidad a la que suelta la fibra, los investigadores optimizaron el proceso, obteniendo fibras 0,3 veces más resistentes que las elaboradas por otros grupos de investigación. Según los investigadores la mejora se debe principalmente a que con el nuevo método, los nanotubos se alinean mejor y se unen entre sí con más fuerza. También añadieron un paso para hacer las fibras más densas.

La principal aplicación posible es, según Windle, la de los chalecos antibala, pero si estas fibras valen o no para dicha función "no se sabrá hasta que hagamos suficientes fibras para elaborar un tejido y disparar una bala contra él", añade. Otra pasibilidad sería su uso en perforaciones petrolíferas.

La radio más pequeña del mundo

Según un artículo publicado esta semana en Technology Review, unos investigadores han fabricado la radio más pequeña del mundo a partir de un nanotubo de carbono. El nanotubo, colocado entre dos electrodos, combina los papeles de todos los principales componentes eléctricos de una radio, incluidos el sintonizador y el amplificador, y es capaz de sintonizar una señal de radio y reproducir el audio a través de un altavoz externo.

Aunque la aplicación práctica de la radio es dudosa, se podría utilizar en sensores medioambientales y biológicos. Los investigadores están desarrollando ahora sensores microelectromecánicos (MEMS) para medir los niveles de azúcar en sangre o marcadores del cáncer en el cuerpo. En lugar de utilizar una etiqueta de identificación de radiofrecuencias del tamaño de un sello, los investigadores podrían encapsular una radio de nanotubo junto con el sensor basado en MEMS e inyectarlo directamente en el torrente sanguíneo, señala Alex Zettl, físico experimental de la Universidad de California, Berkeley, que dirige el desarrollo de la radio de nanotubo. Una vez en el interior del cuerpo, la radio podría permitir la comunicación inalámbrica entre los diminutos sensores biológicos y un monitor externo. No obstante, para ello la radio de nanotubo debería funcionar como transmisor y, de momento, solo está configurada como receptor, aunque Zettl afirma que "la misma física funcionaría como transmisor".

La radio de nanotubo funciona de un modo diferente a las radios convencionales. Éstas últimas tienen cuatro partes funcionales: la antena, el sintonizador, el amplificador y el demodulador. Las ondas de radio que llegan a una antena originan corrientes eléctricas a diferentes frecuencias. Cuando alguien selecciona una emisora de radio, el sintonizador filtra todas las frecuencias salvo una. Los transistores amplifican la señal, mientras un demodulador, por lo general un rectificador o un diodo, separa los datos (la música y otro audio) que se han codificado en una onda electromagnética portadora.

El equipo de Zettl utilizó un nanotubo de carbono para todas estas funcines. Debido a sus especiales propiedades eléctricas, los nanotubos de carbono se han utilizaod previamente en la fabricación de componentes electrónicos como diodos, transistores y rectificadores. "Ha sido una revelación que se pueda construir todo esto en el interior del mismo [nanotubo]", señaló Zettl.

Tejidos de nanotubos

Nanocomp afirma haber desarrollado tejidos de nanotubos listos para usar

Según un artículo publicado esta semana en SmallTimes.com, Nanocomp Technologies afirma haber producido con éxito un nuevo material textil a partir de nanotubos de carbono largos. Según la compañía, este material, disponible en formatos de hilo y láminas sin tejer, podría ser la clave para hacer realidad importantes beneficios en aplicaciones aeroespaciales y de defensa, desde armaduras y compuestos estructurales, a la gestión térmica en electrónica y el almacenamiento de energías.

Según Peter Antoinette, Presidente y CEO de Nanocomp, hasta ahora la mayoría de los procesos de fabricación comerciales habían producido únicamente nanotubos de carbono cortos (generalmente, de unas decenas de micrones de largo) que tienen aspecto de polvo en su forma final. Estos nanotubos son difíciles de incorporar en productos manufacturados, y los productos en los que se han incorporado todavía no han mostrado las atractivas propiedades conductivas y estructurales de los nanotubos.

Ahora, la compañía afirma haber superado esas limitaciones produciendo nanotubos de gran pureza y extremadamente largos (de entre cientos de micrones y milímetros de largo). Estos nanotubos largos son la clave para producir los materiales finales que se pueden utilizar en las aplicaciones.

Nanocomp está desarrollando también un prototipo de equipo para automatizar la producción de los hilos y materiales no tejidos elaborados a partir de los nanotubos, con el fin de poder fabricarlos a escala comercial.

A corto plazo, Nanocomp espera que sus materiales:

• Se utilicen combinados con arámidos y fibras de carbono para reducir el peso y mejorar el rendimiento de la armadura
• Se incorporen a la estructura de vehículos marinos, aéreos y de tierra para mejorar el ahorro de combustible
• Se utilicen en antenas y sistemas de cableado de última generación
• Debido a su capacidad para almacenar una carga eléctrica mucho más rápido y más veces que las baterías, se utilice en la fabricación de ultracondensadores para almacenar grandes cantidades de energía de fuentes intermitentes como la solar o la eólica, así como para suavizar los picos de demanda en la red eléctrica.

Fuente: Smalltimes

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Nanotubos de carbono y VIH

Según un artículo publicado el 26 de febrero de 2007 en Technology Review, investigadores de la Universidad de Stanford podrían haber encontrado un modo de combatir el VIH con nanotubos de carbono. Esta nueva técnica de interferencia de ARN (RNAi), que utiliza pequeños trozos de ARN para cerrar los genes causantes de la enfermedad, podría ser un arma importante en la lucha contra enfermedades como el cáncer o el sida.

La técnica consiste en inhibir el gen que controla la expresión de las proteínas receptoras en la superficie de los glóbulos blancos conocidos como linfocitos T; el virus se fija a este receptor y, a continuación, se introduce en los linfocitos T y los infecta. Si el ARN de interferencia pudiera cerrar los receptores, el virus no tendría por dónde introducirse en las células. Sin embargo, el ARN no atraviesa fácilmente las membranas celulares y no entra por sí solo en las células, por lo que los investigadores están intentando encontrar un modo eficaz de introducirlo en ellas.

En un trabajo publicado en la revista Angewandte Chemie, el profesor Hongjie Dai y sus colegas han utilizado los nanotubos para transportar el ARN al interior de los glóbulos blancos del sistema inmunológico humano, haciendo que éstos sean menos vulnerables al ataque del virus VIH.

Cuando los investigadores introdujeron los linfocitos T en una disolución del complejo formado por ARN y nanotubos de carbono las proteínas receptoras que se encentran en la superficie de las células disminuyeron en un 80%.

Para Judy Lieberman, investigadora del Harvard Medical School Center for Blood Research, este trabajo presenta un nuevo enfoque muy interesante, pero señala que es todavía muy pronto para saber si funcionará en vivo, en el interior del cuerpo. Según Lieberman el principal inconveniente de esta aplicación terapéutica es la posible toxicidad de los nanotubos. Y añade que los investigadores deberán realizar unos amplios estudios de toxicidad antes de poder garantizar que los nanotubos son totalmente seguros para su uso en humanos.

Los investigadores de Stanford mantuvieron los linfocitos T en la disolución de nanotubos durante tres días, sin observar ninguna aceleración o anomalía en la muerte de las células. Según señala Dai, también se realizó un exhaustivo estudio de toxicidad de los nanotubos in vivo con roedores y sin que se observara ningún efecto secundario evidente.

Los investigadores pretenden desarrollar ahora un mecanismo que permita dirigir los nanotubos de carbono a las células deseadas. "Podríamos combinar ciertos péptidos o anticuerpos con los nanotubos para que estos se dirijan a determinados tipos de células, en este caso, a los linfocitos T", señala Dai.

Aún así, la técnica deberá superar otras dificultades en el interior del cuerpo humano: los fagocitos podrían eliminar los nanotubos o éstos podrían no transportar el ARN hasta los linfocitos que se encuentran en los tejidos en lugar de en el flujo sanguíneo. Algunas células infectadas por el VIH se encuentran en los ganglios linfáticos o incluso en el intestino, y no sabemos si los nanotubos llegarían hasta ahí, señala Lieberman.

Fuente: Technology Review