2.2.3. Nanobiosensores

Las enormes posibilidades que nos ofrece la nanotecnología están permitiendo el avance de nuevos dispositivos en el campo del nanodiagnóstico, principalmente en los nanobiosensores.
Sus propiedades están caracterizadas por la ‘nanoescala’ en la que están fabricados. A diferencia de los biosensores, que estudiamos anteriormente en la entrada "Introducción a los biosensores", donde los receptores se separaban por unos cientos de micrómetros, aquí lo van a estar por unos pocos nanómetros.

Así, incluso se han diseñado sensores en los que se unen a su superficie moléculas individuales, con lo que el proceso de diagnosis puede efectuarse en un instrumento de mucho menor tamaño, facilitando su portabilidad y utilización en cualquier lugar.
También, se requieren cantidades muy pequeñas de muestra (micro o nanolitros) para realizar el análisis, y como consecuencia los métodos de extracción de las mismas van a ser menos traumáticos e invasivos para los pacientes.

Por otro lado, estos nanodispositivos proporcionan la utilización de muestras sin la necesidad de marcadores fluorescentes o radiactivos empleados en los análisis biológicos y clínicos. Esta propiedad es fundamental, ya que se ha verificado que al no marcar ni alterar con anterioridad la muestra, la sensibilidad de detección se incrementa notablemente.

Dentro de los nanobiosensores se distinguen las siguientes categorías:

Biosensores nanofotónicos

Este tipo de biosensores, también conocidos como de onda evanescente, está basado en el mecanismo a través del cual la luz se transmite mediante múltiples reflexiones internas en la guía óptica que lo compone.

La luz al propagarse sobre un medio e incidir en otro de menor índice de refracción^[1] no se refleja totalmente, con lo que en cada una de estas reflexiones, una componente de la luz (llamada onda evanescente), se propaga en el medio de menor índice que envuelve a la guía. Esta propagación que es extremadamente corta (de apenas unos cientos de nanómetros) en el medio que rodea al núcleo de la guía óptica, posibilita la interacción de la luz con la superficie detectora del sensor, conociendo, de este modo, qué biorreceptores específicos anclados en dicha superficie interactúan con la muestra analizada.

Mediante estos dispositivos, tan sólo es necesario muestras de unos pocos microlitros para determinar concentraciones de proteínas o variaciones de una única base en el ADN.

También, es posible evaluar el estado metabólico de una única célula al poseer, algunos de estos nanosensores, fibras ópticas muy afiladas (30-50 nm) que pueden introducirse en la membrana celular sin perturbar el funcionamiento normal de la célula y sin ocasionar ningún daño a la misma.
Este método favorece el estudio de las funciones celulares in vivo (apoptosis^[2], división celular, nanomáquinas biológicas...) y registra cambios patológicos en una única célula individual.

Biosensores nanoplasmónicos

En el sensor de Resonancia de Plasmón Superficial (SPR) se deposita una capa metálica delgada (normalmente una capa de oro de 50 nm de grosor) sobre un material dieléctrico (un cristal).
Su funcionamiento se basa en la detección de cambios en el índice de refracción en las proximidades de la superficie de separación entre ambos elementos.
Al excitar la interfase de estas dos capas (en condiciones de reflexión interna total) se consigue una resonancia plasmónica^[3] para un cierto ángulo de incidencia de la luz. Este ángulo al que se produce la onda plasmónica (de carácter evanescente) es muy sensible a los cambios por interacción molecular que se produzcan en la superficie metálica. Por tanto, las interacciones entre el analito^[4] de la muestra a analizar y la superficie detectora del sensor se manifestarán como una variación de ese ángulo de resonancia.

En la actualidad, se están desarrollando biosensores apoyados en el fenómeno de resonancia de plasmón en nanopartículas. Aunque su rango de detección sería muy similar al SPR, su sistema sería más sencillo al medirse transmisión en lugar de reflexión, además de contar con la ventaja de la miniaturización del dispositivo.

Debido al diminuto tamaño de las nanopartículas, la oscilación de los electrones está más localizada que en el caso anterior (en determinadas zonas de las nanopartículas), este hecho se conoce como resonancia de plasmón superficial localizada (LSPR). Y para la detección de la muestra se pueden utilizar los cambios de color (longitud de onda: λ) que se originan en las nanopartículas al adsorber^[5] las (bio)moléculas de la muestra examinada.

Una alternativa a este fenómeno son los sensores de DNA basados en los cambios de color que se ocasionan al agregarse nanopartículas de oro marcadas con cadenas de DNA complementarias a las que se pretende detectar.

Los biosensores nanoplasmónicos se caracterizan por su posibilidad de detección en tiempo real, alta sensibilidad, especificidad y velocidad de reconocimiento.
Sus aplicaciones más significativas se encuentran en los campos veterinario, biomédico, medioambiental y la industria alimentaria.

Biosensores nanomecánicos

Esta clase de nanobiosensores aprovecha como método de transducción^[6] la deflexión o la variación de la frecuencia de resonancia de una micropalanca al interactuar con la muestra estudiada. Por lo tanto, la denominación de estos detectores proviene del movimiento o modificación en la posición de esa micropalanca (Δx), en apenas unos pocos nanómetros, consecuencia de la identificación biomolecular de la muestra analizada.

Puesto que, estas micropalancas pueden producirse en masa a bajo coste mediante tecnología microelectrónica estándar, pueden fabricarse miles de ellas para el diagnóstico simultáneo de miles de analitos en una única muestra.

El área de detección de las micropalancas es en torno a los 1000 μm², lo que permite testar sustancias en cantidades menores al femtomol (10^-15 moles).

Tanto los nanosensores fotónicos como los nanomecánicos podrían ayudarnos a obtener una ilimitada cantidad de información proteómica y genética que posibilitaría el descubrimiento de patógenos, nuevos fármacos, vacunas y mutaciones indicadoras de ciertas enfermedades de manera mucho más rápida que las tecnologías actuales.

Dispositivos microfluídicos o “laboratorio en un chip” (‘lab-on-a-chip’)

En este tipo de instrumentos se utilizan campos eléctricos para desplazar líquidos, partículas, moléculas o células a través de microcapilares construidos en chips de diferentes materiales como silicio, cristal, cuarzo o plástico.

Este tipo de chip está configurado por un número de microconductos y microcámaras integradas donde se llevan a cabo complejas reacciones químicas y bioquímicas de la muestra considerada.
El volumen de fluidos y de muestra requerido es muy pequeño, con lo que el análisis se realiza con gran rapidez. Se trata de un método de detección portátil, desechable y con un alto grado de automatización.

La idea final de todos estos avances es el desarrollo de nanodispositivos biocompatibles, que puedan ser implantados in vivo en nuestro organismo, en el que desempeñarían una función similar a centinelas que avisasen ante las primeras células enfermas.
Ya se han conseguido algunos avances a tales efectos a nivel micro (píldoras con cámaras de vídeo), pero, indudablemente, éste será uno de los grandes campos de investigación de la nanomedicina en los próximos años.

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[1] Cociente de la velocidad de la luz en el vacío (c) y la velocidad de la luz en un medio determinado (v), n = c / v.
[2] Destrucción o muerte celular programada provocada por la misma célula.
[3] Excitación u oscilación de electrones que se produce en la interfase de dos materiales, en nuestro caso una película metálica sobre un substrato dieléctrico.
[4] Sustancia (ión, compuesto o elemento) que deseamos analizar en una muestra.
[5] Atraer y retener en la superficie de una sustancia iones o moléculas de otra.
[6] Transformación de un tipo de señal o energía en otra de distinta naturaleza.

Fuentes: Nanomedicina: aplicación de la nanotecnología en la salud. Laura M. Lechuga. Grupo de Nanobiosensores y Aplicaciones Bioanalíticas
              Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología (CIN2). CSIC
              http://www.kennislink.nl/publicaties/de-opmars-van-de-twentse-lab-on-a-chip
              http://images.slideplayer.es/16/5040279/slides/slide_47.jpg
              http://www.mdpi.com/sensors/sensors-10-09630/article_deploy/html/images/sensors-10-09630f1-1024.png  
              https://www.ifm.liu.se/applphys/molphys/research/biosensing_using_nanopart/
              http://www.tcd.ie/Physics/people/Martin.Hegner/ReviewNSST-The_impact_of_STM_and_AFM.html?ntherodt_01.pdf
              Fritz, J., Baller, M.K., Lang, H.P., Rothuizen, H., Vettiger, P., Meyer, E., Guntherodt, H.-J., Gerber, CH. and Gimzewski, J.K., 
              Science 288 (2000) 316.
              https://www.theengineer.co.uk/lab-on-chip-device-promises-hiv-diagnosis-in-10-minutes/

3.4. Proteínas

Las proteínas, sin duda, son las macromoléculas biológicas con mayor variedad en estructura y funciones. Hallamos miles en una sola célula, desempeñando cada una de ellas un papel específico y único.
De esta manera, vamos a encontrar proteínas realizando actividades de transporte o almacenaje, proteínas protectoras, contráctiles, estructurales, enzimas o toxinas. Teniendo todas ellas en común polímeros de aminoácidos que se ordenan mediante cadenas lineales y actúan como elemento básico estructural.

Tipos y funciones de proteínas

▣      Enzimas: son conocidas como proteínas complejas o conjugadas, cuya labor primordial es intervenir en reacciones bioquímicas como catalizadores orgánicos, en las cuales van a ayudar a sintetizar, reordenar o descomponer los distintos elementos sobre los que actúan de manera específica.
Un ejemplo serían las enzimas digestivas como la amilasa de la saliva que hidroliza la amilosa (componente del almidón).

▣      Hormonas: controlan y regulan procesos fisiológicos como el metabolismo, el crecimiento o la reproducción. Liberadas por las células endocrinas, se tratan de moléculas de señalización química, normalmente pequeñas proteínas o esteroides.
Como ejemplo de proteína hormonal podemos citar la insulina, que se encarga de regular los niveles de glucosa en sangre.

Las proteínas presentan una amplia variedad de pesos moleculares y formas, desempeñando éstas últimas un papel primordial en las actividades que vayan a realizar. Mediante la exposición a agentes químicos, cambios en el pH o la temperatura se originan variaciones en la forma de la proteína, que conducen a la pérdida de sus funciones en un proceso denominado desnaturalización.

Aminoácidos

Los aminoácidos son los monómeros que constituyen las proteínas. Cada uno de ellos tiene una estructura formada por un átomo central de carbono, conocido como carbono α, al que se le une un grupo amino (NH₂), un grupo carboxilo (COOH) y un átomo de hidrógeno. Precisamente, la denominación de ‘aminoácido’ procede de la presencia de estos dos grupos en la estructura básica del mismo.

Cada aminoácido también posee otro átomo o grupo de átomos unidos al átomo central, denominado grupo R o cadena lateral que es propio para cada uno de ellos. La naturaleza química de esta cadena establece el tipo de aminoácido (si es polar, no polar, básico, ácido...). Así, encontramos aminoácidos básicos como la arginina y la lisina, al poseer carga positiva. Otros como la cisteína o la serina son polares con una cadena lateral hidrofílica o si ésta es de naturaleza hidrofóbica son no polares como la alanina o la valina.

De los veinte tipos de aminoácidos distintos de los cuales se componen las proteínas, diez de ellos son considerados esenciales, ya que son los bloques necesarios para la construcción de las mismas, pero el cuerpo humano no puede sintetizarlos y deben obtenerse de la dieta.

El sistema de representación de los aminoácidos se lleva a cabo mediante una letra mayúscula o una combinación de tres de ellas. Por ejemplo, la cisteína se simboliza mediante la letra C o Cys en código de tres letras.

La secuencia y el número de aminoácidos es quien establece en última instancia el tamaño, la función y la forma de la proteína.

Los aminoácidos se unen mediante un enlace de tipo covalente, conocido como enlace peptídico, en el que el grupo carboxilo de un aminoácido se enlaza al grupo amino del aminoácido contiguo, liberando una molécula de agua (reacción de deshidratación).
Los productos de estos enlaces se denominan péptidos y su unión da lugar a una cadena de polipéptidos. Cada uno de ellos cuenta con un grupo amino libre al final de la cadena, denominado terminal N o terminal amino, teniendo en el otro extremo un grupo carboxilo conocido como terminal C o terminal carboxilo.

En ocasiones, los términos polipéptido y proteína se emplean indistintamente, pero técnicamente un polipéptido es un polímero de aminoácidos, mientras que una proteína es un polipéptido o polipéptidos que se han combinado con una forma y función característica y particular.

Estructura de las proteínas

Como ya se ha mencionado, la forma que adopta la proteína es fundamental para las funciones que desempeña. Con el fin de entender cómo la proteína toma su forma o conformación final es necesario estudiar los cuatro niveles estructurales en los que se organiza: primario, secundario, terciario y cuaternario.

Estructura primaria

La estructura primaria se define como la secuencia única de aminoácidos en una cadena de polipéptidos. Por ejemplo, la hormona insulina tiene dos cadenas polipeptídicas A y B, formadas por unas secuencias únicas de 21 y 30 aminoácidos respectivamente y unidas entre ellas por dos enlaces disulfuro entre los aminoácidos cisteína. Un tercer enlace disulfuro en la cadena A, también entre dos aminoácidos cisteína, posibilita que se pliegue de la manera adecuada.

La secuencia única de cada proteína viene determinada finalmente por el gen que la codifica, y cualquier alteración en la cadena de nucleótidos^[1] que compone el gen puede originar aminoácidos distintos que se serán añadidos, posteriormente, en la cadena polipeptídica, afectando la estructura y rol de la proteína resultante.

Así, un único cambio en uno de los 600 aminoácidos que componen la proteína hemoglobina provoca tal variación en su estructura y actividad que produce la aparición de la anemia de células falciformes^[2]. Concretamente, en la cadena β de esta proteína el ácido glutámico es sustituido por el aminoácido valina.
Para ser más exactos, como cada aminoácido se compone de tres bases nucleótidas, esos 600 aminoácidos dan lugar a 1.800 bases y la hemoglobina falciforme, causante de la anemia, surge por un único cambio en esas 1.800 bases.

A raíz de esta modificación, las moléculas de hemoglobina forman largas fibras que distorsionan la forma bicóncava o forma de disco de los glóbulos rojos, adquiriendo una forma de hoz o media luna que tapona las arterias, desencadenando una serie de trastornos tan característicos de la anemia como son los dolores de cabeza y abdominales, la dificultad respiratoria o los mareos.

Estructura secundaria

Estas estructuras se forman por el plegamiento local del polipéptido en ciertas regiones, las más comunes son las hélices α y las láminas β u hoja plegada β.
En las hélices α la estructura primaria se enrolla helicoidalmente sobre sí misma, habiendo 3,6 aminoácidos en cada vuelta. Se constituyen mediante enlaces de hidrógeno entre el grupo carbonilo (C=O) de un aminoácido y el grupo amino (N-H) de un aminoácido situado cuatro posiciones más alejado en la cadena polipeptídica.

En la conformación beta los aminoácidos se disponen en forma de zigzag, en una disposición de lámina plegada. También tiene su origen en los puentes de hidrógeno originados entre los grupos N-H y C=O, pero en esta ocasión pertenecientes a cadenas adyacentes.

Estructura terciaria

Esta configuración indica cómo la estructura secundaria de un polipéptido se pliega sobre sí misma dando lugar a una conformación globular.
Es la configuración que determina las propiedades fisicoquímicas de la proteína y favorece su solubilidad en agua, posibilitándola, de este modo, llevar a cabo funciones hormonales enzimáticas y de transporte.
Esta estructura se mantiene estable gracias a la existencia de enlaces entre los radicales o grupos R de los aminoácidos, los cuales se generan a través de los siguientes tipos de interacciones: puentes disulfuro^[3], puentes de hidrógeno, interacciones iónicas, hidrofóbicas y fuerzas de Van der Waals (para refrescar todos estos conceptos visita la entrada: “Enlaces químicos”).
Generalmente, en esta disposición los aminoácidos apolares se sitúan hacia el interior de la proteína y los polares hacia el exterior, interactuando con el ambiente acuoso circundante.

Estructura cuaternaria

En la naturaleza, algunas proteínas se constituyen a partir de varios polipéptidos, conocidos como subunidades y la interacción entre las mismas constituyen la estructura cuaternaria. Se tratan de interacciones débiles que ayudan a estabilizar la estructura global de la proteína.
La disposición cuaternaria, de modo general, otorga el rol de la proteína y mediante ella se forman estructuras de gran importancia biológica como los capsómeros^[4] de los virus, los microfilamentos^[5], los microtúbulos^[6] y las fibrillas de colágeno del tejido conjuntivo.

Desnaturalización y plegamiento

Cada proteína tiene su propia secuencia y forma que la mantiene unida mediante interacciones químicas.

Si la proteína está sujeta a cambios en el pH, en la temperatura o expuesta a químicos, su estructura y forma pueden modificarse sin llegar a verse afectada su secuencia primaria. Este proceso se conoce como desnaturalización, el cual puede ser reversible si la estructura polipeptídica primaria se conserva durante el mismo, manteniendo la proteína su rol.
Cuando el proceso es irreversible, por el contrario, sí que se produce la pérdida de su función. Esto es lo que le ocurre, por ejemplo, a la albúmina (proteína de la clara del huevo), la cual se desnaturaliza de manera irreversible cuando se cocina al someterse a altas temperaturas.

El plegamiento de las proteínas juega un papel decisivo en la labor que éstas realizan. Dicho plegamiento se efectúa con la ayuda de las chaperonas que son una familia de proteínas presentes en todas las células y que no forman parte de las proteínas funcionales^[7]. Se unen a éstas no sólo para facilitar su plegamiento, sino también para su ensamblaje y transporte celular a otra parte de la célula donde la proteína ejerce su función.

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[1] Monómeros de los ácidos nucleicos (DNA y RNA).
[2] Estructura con forma de hoz o media luna.
[3] Enlace covalente fuerte entre grupos tiol (-SH, que contienen azufre) del aminoácido cisteína.
[4] Cubierta exterior de proteína que protege el material genético de un virus.
[5] Fibras finas de proteínas que junto con los microtúbulos le dan soporte a las células.
[6] Estructuras tubulares de las células. Componente principal del citoesqueleto de las células eucariotas.
[7] Aquellas proteínas que poseen función biológica.

Fuentes: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.
              http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/ProteinasEstruct.htm
              http://study.com/academy/lesson/proteins-iv-higher-order-structure.html
              http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/cadena-lateral-en-aminoacidos
              http://es.slideshare.net/carolinacisdel/biomoleculas-enfermera
              http://biologiavfe.blogspot.com.es/2010/04/anemia-falciforme.html
              http://sicklecellcurefoundation.org/living-with-sickle-cell-disease/national-sickle-cell-month
              http://www.slideshare.net/VijayP7/secondary-structure-prediction-of-proteins
              http://www.slideshare.net/thelawofscience/protein-structure-11543259
              http://www.mobi4health.ug.edu.pl/wp-content/uploads/2014/10/2ndMSW-Milla-Neffling-Primer.pdf

1.3.5. Nuevos sistemas de administración de fármacos

Actualmente, los principales problemas relacionados con los métodos de administración de fármacos son fundamentalmente dos.
El primero de ellos se da cuando el fármaco es altamente soluble en agua y se desea un sistema de liberación controlado, y el segundo surge cuando se produce el suceso contrario, la droga no posee solubilidad alguna y, por tanto, no se va a disolver en agua.

Esta segunda problemática es fundamental resolverla puesto que, en la actualidad se estima que entre el 75 y el 80% de las sustancias químicas que salen de los laboratorios de investigación universitarios y de las compañías farmacéuticas no son solubles en agua, por lo que intentar superar este impedimento se ha convertido en todo un reto para la industria farmacéutica.
El reto consistirá en conseguir que las partículas constituyentes se disuelvan en el tracto gastrointestinal, y sean, de esta manera, absorbidas para ejercer su acción sistémica^[1].

Gracias a las tecnologías de diseño e ingeniería de partículas pueden fabricarse formas farmacéuticas cristalinas con un tamaño realmente pequeño (comprendido entre los 200 y 300 nm), lo que les permite tener una velocidad de disolución más rápida que las de un tamaño superior.

Una vez fabricadas, se incorporan a los distintos sistemas de administración donde serán disueltas inmediatamente. De esta manera, el fármaco disuelto se encontrará disponible para su absorción por parte del sistema digestivo o los pulmones, dependiendo de la ruta de administración seleccionada.

Una alternativa diferente sería partir de una droga disuelta en un solvente orgánico (no agua) como el etanol, el acetonitrilo o el metanol. El fármaco se disuelve con un algún tipo de estabilizador para posteriormente congelarlo a una velocidad de enfriamiento muy rápida. De esta manera, se obtienen sustancias farmacéuticas sin estructura cristalina calificadas como formas amorfas o de morfología amorfa, las cuales van a poder disolverse a concentraciones mucho más altas que en su correspondiente forma cristalina.
Así, se consigue la denominada “super-saturación” de una solución acuosa, lo que facilitará la disolución del fármaco a altas concentraciones en el estómago y en el primer tramo del intestino delgado para ser absorbido y distribuido por todo el organismo.

Propiedades de las estructuras cristalina y amorfa de los fármacos
Estado cristalino	Estado amorfo
Orden translacional, rotacional y estructural a largo alcance	Puede mostrar orden a corto alcance
Punto de fusión bien definido	Punto de transición vítrea[2]
Más estable	Menos estable
Buenas propiedades de flujo[3]	Malas propiedades de flujo
Menos higroscópico[4]	Más higroscópico
Relativamente menos soluble	Relativamente más soluble

Un ejemplo de aplicación basado en este sistema de ingeniería de partículas ha sido el desarrollo, por parte de miembros de la escuela médica de la Universidad de Texas en San Antonio en colaboración con el Sistema Hospitalario para Veteranos, de una nueva ruta de administración para los medicamentos inmunosupresores.

Esta clase de medicamentos evita el rechazo por parte del organismo de órganos transplantados, pero al ser actualmente administrados oralmente presentan una serie de efectos secundarios, como es el posible desarrollo de diferentes tipos de cáncer.

El objetivo de las tecnologías descritas más arriba fue suministrar el medicamento a una menor dosis en el lugar donde su respuesta inmunosupresora fuera directamente necesaria. Para ello durante un período de cuatro a cinco años se desarrollaron prototipos de medicamentos que se administraban vía respiratoria para aquellos pacientes que habían sido sometidos a un transplante pulmonar, ya que iban a ser estos órganos transplantados el objetivo del fármaco inmnosupresor.
Se llevaron a cabo ensayos en mamíferos (ratones y ratas) midiéndose bajos niveles del medicamento en sangre pero altas concentraciones del mismo en los pulmones, lo que probaba la validez de la vía inhalatoria, al menos, en animales.
Más tarde, se pasó a su experimentación, bajo estrictas normas de seguridad, en voluntarios humanos de la escuela de medicina, obteniéndose resultados similares a los anteriores. Incluso, se ha llegado a evaluar en un modelo animal sometido a un doble transplante pulmonar, logrando nuevamente la misma eficacia, pero continuando todavía en su fase de desarrollo.

En conclusión, el objetivo es la investigación de nuevas rutas de administración de fármacos no disponibles en la actualidad, beneficiando al paciente mediante la minimización de los efectos secundarios y la reducción de la exposición sistémica^[5].

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[1] Acción ejercida por el fármaco una vez ha sido absorbido y distribuido por el torrente sanguíneo.
[2] Temperatura a la que un sólido amorfo se convierte en un material blando y flexible tras calentamiento o rígido y frágil tras enfriamiento.
[3] Estas propiedades indican la mayor o menor fluidez de las partículas en función de su tamaño, forma, humedad absorbida y densidad.
[4] Sustancias que absorben la humedad del ambiente.
[5] Tipo de exposición en la que el organismo es afectado en su conjunto por la acción del fármaco.

Fuentes: UTAustinX: UT.4.01x Take Your Medicine - The Impact of Drug Development.
              http://www.slideshare.net/rcdreddi/limerick-meet-and-greet-ac-edited
              http://chemistry.about.com/od/chemistryglossary/a/glasstransition.htm
              https://docs.google.com/document/d/1TOwPCUSItCGOnUivKC_5kuTGw7kh9D5DPIK2U-V7D2A/edit#heading=h.90pmyxnddx1b
              http://trasplante-de-organos.blogspot.com.es/2011/09/inmunologia-del-trasplante-la.html

2.2.2. Diagnóstico por imagen

A lo largo de los últimos años, el diagnóstico por imagen ha visto como ha ido incrementando considerablemente su relevancia hasta convertirse en una herramienta imprescindible en el diagnosis de incontables enfermedades como los síndromes neurológicos, los trastornos cardiovasculares o el cáncer.

La confluencia del diagnóstico por imagen y la nanotecnología, permite da lugar a una nueva serie de trazadores y agentes de contraste que cuentan con una mayor resolución y sensibilidad. Su objetivo es la detección de enfermedades en sus fases iniciales, a nivel celular o incluso molecular, lo que permitiría una rápida aplicación del tratamiento apropiado, aumentando así las posibilidades de curación.

Los nanosistemas de imagen se apoyan, principalmente, en la utilización para el marcaje in vivo de tres tipos de nanopartículas: semiconductoras, metálicas y magnéticas.

Nanopartículas de semiconductores

Este primer tipo de nanopartículas, también denominadas puntos cuánticos (quantum dots) consisten en semiconductores^[1], cuyo tamaño se ha reducido a unos pocos nanómetros (1-10 nm), lo que origina cambios en su disposición electrónica, perdiendo su inconfundible estructura de bandas. Gracias a esta nueva estructura, su respuesta óptica (concretamente su fluorescencia) va a estar íntimamente ligada a la variación del tamaño de estas nanopartículas.
Consecuentemente, estos puntos cuánticos van a emitir luz en diversas longitudes de onda (colores) dependiendo de sus dimensiones y no del material empleado, lo que les convierte en unos marcadores biológicos tremendamente prácticos.

Aunque se han sometido a examen una gran diversidad de materiales semiconductores, los más empleados son los de teluro y seleniuro de cadmio, CdTe y CdSe, ya que, además de poder fabricarse en grandes cantidades, puede controlarse perfectamente el tamaño de los mismos y con ello obtener unas bandas de emisión con una abundante gama de colores durante un largo período de tiempo.

Pero las nanopartículas de semiconductores también deben llegar a su objetivo, y para evitar efectos secundarios han de ser excretados del organismo una vez hayan cumplido su cometido. Para la primera de estas funciones, los puntos cuánticos han de recubrirse con polímeros como el polietilenglicol (PEG), que actuará como una capa de invisibilidad ante los macrófagos del sistema inmunitario impidiendo que estos últimos los degraden e ingieran antes de alcanzar su destino.

El siguiente paso consiste en conseguir que las nanopartículas sean capaces de identificar su diana mediante biorreceptores (anticuerpos) que se ligan a su superficie, y que se unirán a los antígenos^[2] específicos de las células objetivo (p.ej.: células cancerígenas). Los biorreceptores de los quantum dots producen una reacción de reconocimiento biomolecular al encontrarse con estos antígenos, acumulándose en esa zona, y empleando luz ultravioleta son observados debido a la característica fluorescencia que radian.

Por último, la expulsión de los puntos cuánticos a través de los riñones y del hígado parece no mostrar dificultades en los experimentos realizados en animales, pero para su empleo en ensayos humanos deben resolverse posibles problemas relacionados a proceso de agregación, antes de obtener la autorización de las agencias de salud para su posterior comercialización.

Nanopartículas metálicas

El hecho de que las nanopartículas metálicas poseen una frecuencia de resonancia (su color) directamente dependiente de su tamaño y forma, las convierte en una segunda opción como agentes de contraste. Esta propiedad facilita que sean producidas con la intención de dispersar o absorber luz en la zona espectral que corresponda. Así, pueden diseñarse partículas de oro que absorban o reflejen luz en la región del infrarrojo cercano (700-900 nm), ya que los tejidos biológicos son más transparentes en esa franja del espectro electromagnético, y mediante métodos como la tomografía de coherencia óptica^[3] (optical coherence tomography, OCT) se logran mapas tridimensionales de las zonas donde se han aglomerado las nanopartículas.

Nanopartículas magnéticas

Una tercera alternativa la representan las nanopartículas magnéticas (óxidos de hierro como la magnetita: Fe₃O₄), con la capacidad de incrementar el contraste en las pruebas de resonancia magnética.
Su transporte por el organismo puede llegar a realizarse gracias al empleo de un campo magnético externo (como un electroimán), aprovechando las propiedades magnéticas de estos materiales. Además, podrían llegar a reemplazar los marcadores actuales de metales pesados, disminuyendo su toxicidad.

Tanto en las nanopartículas magnéticas como en las metálicas se emplean técnicas idénticas, o muy similares, a las descritas en los puntos cuánticos para conseguir burlar el sistema inmunitario y lograr que sean capaces de localizar y unirse a los tejidos y células diana de interés.

Los nanosistemas de imagen, al pertenecer a la categoría de diagnóstico in vivo y por tanto, deben introducirse en el cuerpo humano, conllevan, como hemos descrito, un conjunto de inconvenientes asociados (biocompatibilidad, sofisticado diseño) que deben solventarse para su uso seguro y eficaz en el organismo, minimizando efectos secundarios indeseados.

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[1] Elemento que se comporta como un aislante o conductor dependiendo de varios factores como la temperatura del ambiente, la presión, los campos eléctricos o magnéticos a su alrededor o la radiación que incide sobre él.
[2] Sustancias ajenas o tóxicas al organismo (generalmente proteínas) que desencadenan la formación de anticuerpos y causan una respuesta inmunitaria. 
[3] Prueba de imagen no invasiva que utiliza ondas de luz para tomar imágenes de sección transversal.

Fuentes: Informe de vigilancia tecnológica: nanomedicina. Fundación para el conocimiento madri+d. CEIM. José Manuel González, Marta López, 
              Gema Ruiz.
              Nanomedicina: aplicación de la nanotecnología en la salud. Laura M. Lechuga. Grupo de Nanobiosensores y Aplicaciones Bioanalíticas
              Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología (CIN2). CSIC
              http://www1.radiology.ucsf.edu/research/labs/hyperpolarized-mri-tech-2/facilities_equipment
              http://www.osiconference.org/osi2015/presentations/Tu2.3%20Zahn.pdf
              http://www.nanowerk.com/news/newsid=7441.php (Image: Penn State)
              http://slideplayer.com.br/slide/74350/

2.2.1. Introducción a los biosensores

Como consecuencia de la tecnología actual, el diagnóstico de ciertas enfermedades se realiza cuando ya se hallan en estados demasiados avanzados.
El principal instrumento que se emplea, hoy en día, para diagnosticar enfermedades es el biosensor, que permite tanto la detección de sustancias específicas, averiguar la composición o características moleculares de todo tipo de sustancias orgánicas o detectar la presencia de microorganismos en ciertos ambientes.

Se constituye de dos componentes principales:

▣      Un área de detección o reactiva formada por un receptor biológico (anticuerpos, DNA, enzimas...) con la capacidad de unirse a aquellas sustancias que se desean detectar.
▣      Un sistema transductor que procesa y cuantifica la señal (mecánica, eléctrica, óptica...), que se origina al interactuar la sustancia analizada y el elemento encargado del reconocimiento.

La unión e integración de ambos componentes es lo que convierte a los biosensores en unos instrumentos caracterizados por su sensibilidad y selectividad.

La aplicación de los biosensores se produce en una extensa variedad de campos entre los que se incluyen: el medio ambiente, la salud, la biotecnología o el sector alimentario.

Entre los biosensores más comunes se hallan los denominados microarrays o biochips que consisten en una superficie sólida (vidrio, silicio, oro) sobre la que se sitúan cientos o miles de biomoléculas (generalmente oligonucleótidos^[1] o fragmentos de DNA de una sola cadena, conocidos a menudo como ‘sondas’) en determinadas posiciones y concentraciones formando una matriz de dos dimensiones, estando cada una de estas moléculas separadas entre 100 y 150 μm.

La muestra sometida a análisis se marca por diversos métodos (habitualmente con un reactivo fluorescente), de tal modo, que cuando entra en contacto con las moléculas sensoras del biochip se hibridan^[2] a su secuencia homóloga, produciendo una señal fluorescente en esas ubicaciones.
Posteriormente, mediante el empleo de un escáner y herramientas informáticas se analizan e interpretan los datos obtenidos.

Las posibilidades que podemos encontrar a los biochips son innumerables: desde la medicina personalizada (para conocer nuestra mayor o menor propensión a padecer cáncer o enfermedades genéticas específicas), la detección de bacterias contaminantes en alimentos o en el agua, el descubrimiento de mutaciones en virus y bacterias que les hacen resistentes a ciertos medicamentos o examinar la biodiversidad microbiana en ambientes concretos.

Otro ejemplo son los microarrays de proteínas en los que, en lugar de fragmentos de DNA, se anclan a su superficie miles de proteínas funcionalmente activas. Este tipo de instrumentos cuentan con un gran potencial para la investigación básica en biología molecular, la identificación de marcadores de enfermedades y la búsqueda de dianas terapéuticas.

Por último, dentro de la tecnología de los microarrays encontramos los chips de células. Sobre la plataforma de estos detectores se ubican anticuerpos, proteínas o lípidos que van a interactuar con las células, no sólo capturándolas, sino también desencadenando respuestas en ellas, como cambios fenotípicos^[3] o segregando sustancias específicas.
Se emplean en el análisis toxicológico, de agentes patógenos y la identificación de marcadores de enfermedades.

Como puede observarse, los biochips cuentan con una amplísima variedad de aplicaciones, sin embargo, la ciencia continúa evolucionando y ya se están diseñando biosensores con un tamaño menor y más potentes, basándose en las enormes posibilidades que ofrece la nanotecnología.
Estos nuevos sistemas de diagnóstico que cuentan con la gran ventaja, respecto a los biosensores actuales, de detectar las enfermedades en sus fases más tempranas, se dividen esencialmente en dos áreas de actuación: nanosistemas de imagen y nanobiosensores, los cuales serán objeto de estudio en las siguientes entradas de esta sección.

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[1] Secuencia corta de DNA o RNA con cincuenta pares de bases o menos.
[2] Reconocimiento y unión entre moléculas complementarias.
[3] Cambios en aquellos rasgos particulares y genéticamente heredados de cualquier organismo que lo hacen único e irrepetible en su especie. 

Fuentes: Informe de vigilancia tecnológica: nanomedicina. Fundación para el conocimiento madri+d. CEIM. José Manuel González, Marta López, 
              Gema Ruiz.
              Fundación española para la ciencia y la tecnología (FECYT). Nanociencia y nanotecnología. Entre la ciencia ficción del presente 
              y la tecnología del futuro, 2009.
              http://www.definicionabc.com/ciencia/fenotipo.php
              http://www.blogdefarmacia.com/biosensores-tecnologia-para-la-salud/
              http://www.pharmatutor.org/articles/applications-of-biosensors-technology-future-trends-development-and-new-intervation-in-                                   biotechnology?page=0,1
              http://www.slideshare.net/ManjuAnshika/biosensor-dr-manju-jha
              http://www.sensorsmag.com/specialty-markets/medical/strong-growth-predicted-biosensors-market-7640

1.3.4. Seguridad y eficacia de los fármacos

En la penúltima entrada (Vías de administración de fármacos) hemos estudiado los diferentes sistemas de administración de fármacos, y en función de nuestros objetivos se seleccionará uno de ellos para así pasar de un compuesto a un producto farmacológico.

En las fases precedentes del desarrollo de medicamentos, los investigadores, a menudo, emplean sistemas vivos para determinar si sus compuestos pueden atravesar las membranas celulares y ejercer su función terapéutica. Pero en muchos fármacos existe un equilibrio muy delicado entre toxicidad y dichos efectos terapéuticos. Para evitar este conflicto se han llevado a cabo, anteriormente, estudios para seleccionar el compuesto líder que presente la menor toxicidad posible junto con la máxima potencia terapéutica.
Muchas de estas evaluaciones pueden desempeñarse en cultivos celulares en el laboratorio, sin embargo, estos experimentos, en ocasiones, son demasiado simples para predecir la eficacia del compuesto en humanos.
Por tanto, para ganar un mayor entendimiento de su eficacia y distribución biológica se emplean sistemas vivos más complejos, normalmente ratones o ratas, a los que se les administra una dosis específica para medir sus efectos terapéuticos.

Los investigadores han encontrado varias maneras de modelar en estos roedores enfermedades humanas tales como el cáncer, ciertas infecciones e inflamaciones.
Si bien estos modelos no son indicadores cien por cien fiables de la efectividad en humanos, son otra herramienta para ayudar a seleccionar el compuesto líder que posea la mayor probabilidad de éxito. Además, estos modelos pueden usarse en estudios para identificar la dosis óptima necesaria del fármaco.

A pesar de que, en esta fase la eficacia preclínica no es tan importante como la seguridad, estos estudios sí resultan primordiales para los desarrolladores farmacéuticos a la hora de evaluar cuál es la probabilidad de eficacia del fármaco ante una enfermedad concreta del ser humano.

Una vez el compuesto líder ha sido seleccionado y formulado, se evalúa mediante tests en animales para confirmar que es seguro para su uso en humanos.
Aunque numerosas objeciones éticas surgen a raíz de la experimentación con animales, se trata del mejor método que se ha desarrollado para proteger a los humanos de los riesgos imprevistos que pueden provocar los medicamentos experimentales.

Con el fin de asegurar la validez y calidad de los datos obtenidos en estas pruebas, se ha establecido un conjunto estricto de regulaciones, denominadas buenas prácticas de laboratorio (GLP), que los desarrolladores deben cumplir. Dichas regulaciones determinan un marco de trabajo organizativo para las nuevas sustancias farmacéuticas, así como la evaluación de cualquier posible toxicidad que pudiera ocurrir durante sus ensayos.
Junto con un conocimiento de los efectos tóxicos potenciales, también es fundamental averiguar durante cuánto tiempo el fármaco se mantiene en la circulación sanguínea, cómo se metaboliza y en qué tejidos podría llegar a acumularse.

La etapa preclínica se estima que puede llegar a tener una duración mínima de tres años en la que miles de compuestos no logran alcanzar la siguiente fase. Se considera que de cada 250 compuestos en preclínica, únicamente cinco comienzan el siguiente período de investigación.
En su conjunto las etapas de investigación básica y preclínica engloban un período total de alrededor seis años.

Si el candidato principal supera los exámenes de seguridad, previamente mencionados, se envía una solicitud a las pertinentes agencias reguladoras como evidencia de que el compuesto es fiable para comenzar los estudios clínicos en humanos. Se debe verificar que el nuevo fármaco no expondrá a los voluntarios durante la primera fase de los ensayos clínicos a un riesgo innecesario para su salud.
De todos modos, en cualquier momento, la investigación puede detenerse si se observa que la integridad del estudio se ve comprometida o el nuevo producto se considera un riesgo para la salud.
Además de estos datos, se debe demostrar que el producto farmacológico se puede fabricar a gran escala mediante un método controlado y reproducible.

Esta etapa en el proceso de desarrollo farmacéutico que, en ocasiones, supone un gran desembolso económico de varios millones de euros para los desarrolladores farmacéuticos, puede suponer un obstáculo insalvable para las pequeñas compañías e investigadores académicos.
Aunque, en un principio, puede parecer excesivo el gasto de tan grandes cantidades de dinero en un nuevo fármaco que todavía no ha sido comercializado, sí es necesario para garantizar, tanto como sea posible, que no causará ningún perjuicio en los primeros humanos sobre los que se evaluará en los ensayos clínicos posteriores.

En España es la AEMPS (Agencia Española de Medicamentos y Productos Sanitarios), agencia estatal adscrita al Ministerio de Sanidad, la que garantiza a los ciudadanos y profesionales sanitarios la seguridad, eficacia, calidad y correcta información de los medicamentos y productos sanitarios que se comercializan en España, desde su experimentación hasta su empleo.

Fuentes: UTAustinX: UT.4.01x Take Your Medicine - The Impact of Drug Development.
              https://www.msdsalud.es/tu-salud-al-dia/biblioteca-recursos/guias-para-pacientes/proceso-investigacion-desarrollo-aprobacion-
              farmaco.html
              http://geneticayclonacion.blogspot.com.es/2015_04_01_archive.html
              http://www.aemps.gob.es/laAEMPS/estructura/home.htm
              http://www.abc.es/sociedad/20150518/abci-investigacion-animales-laboratorio-201505161636.html

1.3.3. Caso práctico: medicamentos inhalados

La ruta inhalatoria para la administración de fármacos se ha venido usando desde hace milenios. De hecho, los primeros datos que poseemos acerca del uso de medicinas empleando esta vía datan casi de la época prehistórica, donde ya se comenzó a fumar ciertas sustancias con una finalidad terapéutica o poseían efectos halucinógenos. Es el caso de la cohoba, fabricada a partir de plantas del género de la mimosa, o el cannabis.

Pero no fue hasta la década de los cincuenta del siglo pasado cuando se planteó, por primera vez, sustituir los medicamentos orales (tabletas, cápsulas) por inhaladores para el tratamiento del asma, como consecuencia de los graves efectos secundarios que originaban.
El primer inhalador de dosis medida se elaboró simplemente a partir de una botella de Coca-Cola, las válvulas de los envases de perfumes, que acababan de entrar en el mercado en ese momento, y un sistema de gases propelente.

El principal problema que los aerosoles deben afrontar para poder penetrar en los pulmones es que, tanto éstos como las vías aéreas superiores (boca, faringe, laringe y tráquea) están muy bien equipados para evitar que las partículas de polvo y otro tipo de sustancias presentes en el aire puedan ser inspirados.
Por lo tanto, el reto consiste en diseñar las partículas que componen los aerosoles de tal modo que, no acaben en la boca o en la parte posterior de la garganta, y puedan alcanzar los pulmones.
Dichas partículas van a ser fabricadas con un tamaño o un diámetro aerodinámico muy específico, entre 1 y 5 μm (1 - 5*10^-6 m), con el fin de superar el filtro que constituyen las vías aéreas superiores. Como puedes imaginar producir partículas de un tamaño tan extremadamente pequeño es tremendamente complejo.
Así, cuando se alcanzan los diámetros anteriormente mencionados, surgen una serie de problemas. Por ejemplo, cuando se utiliza como materia prima polvo seco, las partículas poseen una gran superficie, lo que les hace ser muy adherentes y pegajosas.
Como consecuencia, a esta escala, desde un punto de vista físico, la mayor influencia no es ejercida por la fuerza gravitatoria sino por las fuerzas de Van der Waals (para recordar lo que son estas interacciones: “Enlaces químicos”). Estas mismas interacciones son las responsables, por ejemplo, de que la tiza se mantenga en una pizarra sin caerse y podamos escribir en ella.
Se trata de trabajar, por lo tanto, en métodos que venzan estas fuerzas para evitar la agregación y acumulación de las partículas constituyentes de los aerosoles.

Uno de los principales motivos por el que se administran medicamentos mediante inhaladores y aerosoles a los pulmones es para combatir enfermedades pulmonares, tales como el asma, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) o la fibrosis quística.

Muchos de los dispositivos que se emplean para la administración de aerosoles, realmente no cuentan con un buen diseño para su uso por parte del paciente.
Por ejemplo, los inhaladores de dosis medida emplean mecanismos que se han venido utilizando con gran éxito durante muchos años, sin embargo, muestran dificultades de uso entre las poblaciones infantiles y anciana, debido a problemas de sincronización entre las maniobras de pulsado e inhalación.

Por otro lado, los inhaladores de polvo seco que se encuentran actualmente en el mercado son todos activos, en el sentido de que es el esfuerzo inhalatorio del paciente el encargado de suministrar la energía necesaria para disgregar el polvo y así, éste sea inspirado a través de las vías aéreas del enfermo.
La eficacia de este tipo de aerosoles va a depender de la intensidad con la que se inspire por el dispositivo. Como consecuencia, si la maniobra no se realiza con la suficiente rapidez o fuerza, las partículas no se disgregarán lo necesario para alcanzar los pulmones y se depositarán principalmente en la garganta.
En conclusión, este grupo de inhaladores no está indicado para el tratamiento de enfermedades pulmonares en enfermos que no posean una función respiratoria apropiada.

Un tercer tipo son los nebulizadores o sistemas nebulizadores de agua, tradicionalmente de gran tamaño y volumen para su uso clínico y en el hogar, aunque en los últimos años se han realizado avances para hacerlos más portátiles con un funcionamiento basado en baterías.

Éstas son las tres clases principales de dispositivos con los que se cuentan para la administración de fármacos vía respiratoria y la selección de uno u otro se basará en las necesidades del paciente y el tipo de medicación a suministrar.

Existen unos hechos interesantes acerca de los inhaladores de dosis medida. En su formulación inicial se empleaban como gases propelentes los clorofluorocarbonados (CFCs) en los que se suspendía o disolvía el fármaco. Pero debido a los informes en los años 70 que alertaban de la contribución de estos gases a la desaparición de la capa de ozono en la estratosfera, y su posterior prohibición de uso en 1989, la industria farmacéutica los sustituyó por los hidrofluoroalcanos (HFAs) con unas propiedades físicas y químicas muy similares.

A pesar de ello, se comportaban de manera muy distinta con las moléculas farmacológicas y el resto de excipientes. Así, algunos surfactantes^[1] empleados en la formulación del fármaco, como el ácido oleico, eran solubles en los CFCs pero no así en los HFAs.

A raíz de ello y a lo largo de los años, las compañías adoptaron diferentes estrategias para reformular la misma droga en estos propelentes.
Un ejemplo significativo es el producto conocido como QVAR^[2], en el que el fármaco es diluido en un co-solvente (diluyente), como el etanol, junto con los propelentes hidrofluoroalcanos. Y resultó que al transformar el compuesto farmacológico en forma de aerosol, se obtenía una neblina más fina, con un tamaño de la gota inferior. Se disminuyó enormemente la acumulación de éstas en la parte posterior de la garganta y la boca, y en cambio, se incrementó extraordinariamente en los pulmones.
Este nuevo enfoque le valió a la compañía una ventaja competitiva respecto al resto de empresas, que intentaron, en cambio, adaptar los HFAs para que actuasen de modo similar a como lo hacían los CFCs.

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[1] Sustancia que actúa como detergente, emulsionante o humectante y que permite reducir la tensión superficial que existe en un fluido. 
[2] Inhalador antiinflamatorio para prevenir ataques de asma.

Fuentes: UTAustinX: UT.4.01x Take Your Medicine - The Impact of Drug Development.
              http://www.telegraph.co.uk/news/newstopics/howaboutthat/3225729/Stone-Age-man-took-drugs-say-scientists.html
              http://es.slideshare.net/CAWIMECA/el-sistema-respiratorio-42882484 
              http://blogs.20minutos.es/yaestaellistoquetodolosabe/tag/clorofluorocarbonos/
              http://definicion.de/surfactante/
              http://www.fibrosisquistica.org.ar/aerosol_terapia.php
              http://es.slideshare.net/luciagorreto/taller-asma-2015-inhaladores
              http://www.drtrust.in/products/nebuliser-machine

3.3. Lípidos

Los lípidos son un tipo de hidrocarburos constituidos mayoritariamente por enlaces C-C o C-H no polares, lo que les clasifica como moléculas hidrofóbicas o insolubles en agua.
Constituyen un elemento básico en muchas hormonas, así como en las membranas celulares. Son un importante almacén de energía en forma de grasa a largo plazo para las células, proporcionan aislamiento térmico tanto para las plantas como los animales, y en los animales acuáticos forman una capa protectora gracias a la mencionada naturaleza hidrofóbica de las moléculas que los componen.

Dentro de los lípidos se incluyen las siguientes categorías:

Grasas y aceites

Las grasas, debido a su estructura química, también se denominan triacilgliceroles o triglicéridos. Están compuestas de dos componentes básicos: glicerol y ácidos grasos. El primero de ellos es un compuesto orgánico (concretamente un tipo de alcohol) con tres átomos de carbono, cinco de hidrógeno y tres grupos hidróxilo (OH).
Los ácidos grasos, a su vez, se componen de una larga cadena de hidrocarburos a la que se une un grupo carboxilo. El número de carbonos en los ácidos grasos varía generalmente entre 4 y 36, aunque los más habituales son los que poseen de 12 a 18 carbonos.
En sus moléculas los ácidos grasos se unen a los tres carbonos del glicerol con un enlace éster a través de un átomo de oxígeno, y durante la formación de dicho enlace se liberan tres moléculas de agua.

Los ácidos grasos se van a dividir en dos grupos: saturados e insaturados.
Los primeros presentan únicamente enlaces simples entre los carbonos vecinos de la cadena de hidrocarburos. Un ejemplo es el ácido esteárico formado por 18 átomos de carbono y en el que el número de átomos de hidrógeno unidos al esqueleto de carbono es máximo (no pueden unirse más). Se encuentra presente en aceites y grasas animales y vegetales. Entre sus utilidades se encuentran la fabricación de velas, jabones, plásticos, cosméticos y en el proceso de ablandamiento del caucho.

Los ácidos grasos insaturados, por el contrario, presentan su cadena de hidrocarburos con doble enlace entre sus átomos de carbono. Entre los más comunes se halla el ácido oleico conocido por su acción beneficiosa en los vasos sanguíneos, disminuyendo el riesgo de sufrir enfermedades hepáticas y cardiovasculares.

Los ácidos grasos insaturados se conocen popularmente como aceites, los cuales son líquidos a temperatura ambiente y pueden ser monoinsaturados cuando cuentan con un único enlace doble de carbono (aceite de oliva) o poliinsaturados si tienen más de uno (aceite de colza).

Las plantas acumulan las grasas o aceites en las semillas, sirviendo como depósitos energéticos durante el desarrollo de las mismas. En los mamíferos, en cambio, la grasa forma glóbulos que ocupan la mayor parte del volumen de un tipo de células muy especializado denominado 'adipocitos'.

Las grasas insaturadas o aceites son habitualmente de origen vegetal y contienen ácidos grasos insaturados cis (visita la entrada “El átomo de carbono” para recordar los conceptos configuración cis y trans). Este doble enlace cis causa una curvatura o retorcimiento que evita que los ácidos grasos se compacten, manteniéndolos en estado líquido a temperatura ambiente. Como ejemplos de grasas insaturadas podemos citar los aceites de oliva, de maíz, el de colza o el de bacalao. Este tipo de grasas se caracteriza por ayudarnos a bajar los niveles de colesterol en contraste con las grasas saturadas que contribuyen a la formación de placas en las arterias.

Grasas trans

Las grasas con configuración trans (abreviadamente grasas trans) presentes en algunos productos alimenticios como la margarina o la mantequilla de cacahuete pueden conducir a incrementar los niveles de lipoproteínas de baja densidad (LDL), más comúnmente conocido como colesterol “malo”, el cual se deposita en las paredes arteriales dando como resultado alteraciones cardiovasculares.
Estas grasas trans son producidas por la industria alimentaria mediante el denominado proceso de 'hidrogenación' en el que los dobles enlaces de la estructura cis de la cadena de hidrocarburos se convierten en dobles enlaces en la configuración trans. Durante este proceso los aceites se solidifican inyectándoles hidrógeno gaseoso para que adquieran esa consistencia semisólida deseable en muchos de los productos de la comida procesada.

Ácidos grasos omega

Tanto los ácidos grasos omega-3 como los omega-6 pertenecen al grupo de los ácidos grasos esenciales requeridos por el organismo humano pero que al no ser capaz de sintetizarlos debe ingerirlos a través de la dieta.
Los términos omega-3 y omega-6 nos indican que son el tercer y sexto carbono contando desde el final de la cadena el que se conecta a su carbono vecino mediante un doble enlace.

Entre los alimentos que son fuentes de omega-3 encontramos pescados como la trucha, el atún y el salmón. Este tipo de ácidos grasos reducen la tensión sanguínea y los niveles de triglicéridos en sangre, previene la aparición de trombosis, de ataques cardíacos repentinos y puede ayudar a reducir el desarrollo de algunos tipos de cáncer.

Las grasas además de servir como depósitos de energía a largo plazo o proporcionar aislamiento al cuerpo, también permiten la asimilación de las denominadas vitaminas liposolubles, por lo que, a pesar de la mala publicidad con la que cuentan, las grasas consideradas “saludables” sí han de ser consumidas en dietas equilibradas en cantidades moderadas.

Ceras

Están formadas por largas cadenas de ácidos grasos esterificados^[1] con un alcohol de cadena larga.
Debido a su naturaleza hidrofóbica desempeñan una función protectora en las hojas de algunas plantas y las plumas de las aves acuáticas.

Fosfolípidos

Se encuentran constituidos por cadenas de ácidos grasos unidas a una columna vertebral de glicerol o esfingosina^[2], donde dos ácidos grasos forman una molécula de diaciglicerol y el tercer carbono de la columna vertebral del glicerol es ocupado por un grupo fosfato modificado.
El compuesto configurado por la molécula de diacilglicerol y el grupo fosfato constituyen los fosfatidatos que son los precursores de los fosfolípidos.
Los fosfolípidos forman parte de la capa más externa de las células animales y el principal elemento de las membranas plasmáticas, las cuales desempeñan un papel fundamental en la comunicación celular.

Los fosfolípidos constituyen estas membranas organizándose de tal modo que las colas del fosfolípido (ácidos grasos hidrofóbicos) se orientan hacian el interior de la membrana y la cabeza del fosfolípido (grupo fosfato hidrofílico) se sitúa en la parte externa en contacto con el ambiente acuoso. Esta ambivalencia al contener una parte hidrofóbica y otra hidrofílica hace que los fosfolípidos se conozcan con el nombre de moléculas anfipáticas.

La naturaleza dinámica que caracteriza a las membranas plasmáticas obedece al hecho de estar compuestas por fosfolípidos. Al entrar en contacto con el agua las moléculas de fosfolípidos se ordenan espontáneamente en una estructura esférica conocida como micela, con las cabezas (polares) hacia fuera en contacto con el agua y las colas (no polares) hacia dentro, de igual modo que lo hacen las membranas plasmáticas.

Esteroides

A pesar de no tener mucho parecido con el resto de lípidos, debido a que cuentan con una estructura de anillo, se incluyen también dentro de esta categoría al ser insolubles en agua.
Todos los esteroides están formados por cuatro anillos fusionados de carbono, y muchos de ellos cuentan con el grupo funcional –OH lo que les permiten ser clasificados como alcoholes (esteroles). Además, varios de ellos, como el colesterol, presentan en su estructura una cola hidrocarbonada corta.

El colesterol es el más común de los esteroides en los humanos y animales, es sintetizado en el hígado, siendo el precursor de la vitamina D y las sales biliares que ayudan a la metabolización de las grasas para su posterior absorción en las células.
Entre otras funciones a destacar, cabe señalar que es segregado por las gónadas y glándulas endocrinas, al ser el precursor de hormonas esteroideas como la testosterona y el estradiol^[3]. Por tanto, como podemos advertir, a pesar de la mala fama que posee el colesterol entre los profanos, juega un papel primordial para el correcto funcionamiento de nuestro organismo.

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[1] Las reacciones de esterificación son aquellas por las que se obtiene un éster, normalmente mediante la reacción de un ácido carboxílico y un alcohol.
Los ésteres son compuestos orgánicos que se originan al sustituir, al menos, un grupo hidróxilo (-OH) por un alquilo u otro grupo orgánico.
[2] Aminoalcohol formado por 18 carbonos, constituyendo una cadena hidrocarbonada insaturada.
[3] Hormona esteroide sexual femenina.

Fuentes: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.
              http://www.genomasur.com/BCH/BCH_libro/capitulo_02.htm
              http://www.salud180.com/sustancias/acido-estearico
              http://herbolaria.wikia.com/wiki/%C3%81cido_oleico
              https://www.flickr.com/photos/thame/3302072732
              http://www.eufic.org/article/es/artid/La-importancia-de-los-acidos-grasos-omega-3-y-omega-6/
              http://www.uhu.es/08007/documentos%20de%20texto/apuntes/2005/pdf/tema_03_lipidos.pdf
              http://www.fisicanet.com.ar/biologia/introduccion_biologia/ap11_lipidos.php
              http://brainly.com.br/tarefa/453268
              http://www.calpoly.edu/~jfernsle/Research/Biophysics/BiophysResearch.html