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.

---

[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/

Leer más

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.

---

[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

Leer más

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

Leer más

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.

---

[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

Leer más

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.

---

[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

Leer más

1.3.2. Vías de administración de fármacos

Después de recopilar toda la información hallada acerca del compuesto líder, los investigadores deben aplicarla ahora a la fabricación de un producto farmacológico. Con este término no sólo se hace referencia al complejo inicial, sino también al resto de sustancias químicas que favorecen su disolución en el tracto gastrointestinal (TGI), facilitan el proceso de fabricación o lo protegen de su degradación.

A todos ellos, hay que añadir una amplia variedad de productos:
La celulosa, por ejemplo, a menudo se incluye en los comprimidos para favorecer la disgregación del fármaco en los fluidos digestivos. El talco se agrega en bajas concentraciones durante el proceso de fabricación para encapsular sustancias líquidas y semilíquidas y la lactosa (azúcar de la leche) se añade habitualmente para darle volumen al comprimido, adquiriendo un tamaño adecuado para ser ingerido.
Algunos comprimidos contienen también polímeros funcionales, entre cuyas funciones se encuentran servir de recubrimiento para protegerlos de la fuerte acidez de la cavidad estomacal, siendo posteriormente disueltos en el intestino delgado dejando libre el contenido del medicamento para su absorción en los fluidos intestinales.

Aunque un fármaco puede ser suministrado de muy distintas maneras, me centraré en aquellos que se administran de manera oral para plantear las siguientes preguntas:
el fármaco, ¿será disuelto y absorbido?, dependiendo de cuánto sea absorbido, ¿cuál debería ser la dosis?, ¿es rápidamente metabolizado por el hígado tras su absorción?, ¿va a ser degradado por el ambiente ácido del estómago?
En cuanto a la última pregunta, muchos medicamentos pueden ser degradados a bajos niveles de pH.

Un ejemplo de este tipo es el omeprazol que sin un polímero funcional no sería un fármaco efectivo. La función de este polímero es proteger los gránulos de omeprazol de su contacto directo con el fluido gastrointestinal hasta que el pH se vuelva menos ácido y la droga ya no esté en peligro de degradación. Por esta razón, es importante recordar que no deben romperse los comprimidos, salvo indicación del farmacéutico, o la capa de este polímero protector se vería dañada y el medicamento no sería eficaz.

Sin duda, la manera más usual de administrar fármacos es la vía oral, al ser las tabletas, pastillas, cápsulas y comprimidos fáciles de suministrar, de producir en masa, contar con buena estabilidad y ser fácilmente absorbidos por el sistema digestivo.
Pero existen otros sistemas que en ocasiones se presentan como mejor alternativas a los medicamentos orales. Así, la vía intravenosa se lleva a cabo cuando se requiere una dosis alta o correctamente controlada, es el caso de agentes altamente tóxicos (quimioterapia). Este sistema tiene, por el contrario, como principal inconveniente el tratarse de una técnica invasiva y requerir de personal sanitario y material estéril para su administración.
La vía tópica es otro modo de administración con el que todo el mundo está absolutamente familiarizado. Es de uso muy habitual las cremas y pomadas para calmar irritaciones o picaduras de insectos, pero otro tipo de productos que usan esta vía son los parches transdérmicos y los geles que pueden permear la piel, llegando así el fármaco al torrente sanguíneo.
Un cuarto tipo son los medicamentos inhalados que, al igual que los anteriores, actúan de manera local, ayudando a tratar enfermedades como el asma, alergias o enfermedades crónicas pulmonares.
Aprovechando el hecho de que los pulmones cuentan con un número muy elevado de vasos y capilares, muchos fármacos son inhalados con el propósito de ser captados rápidamente por el flujo sanguíneo. Como ejemplo se puede citar la loxapina, antipsicótico usado para el tratamiento de la esquizofrenia, que al ser inhalado se observan sus efectos en tan sólo diez minutos.

Por tanto, debe tenerse en cuenta que la elección de un sistema de administración u otro tiene una influencia muy importante sobre el paciente, ya que dependiendo de ello se puede facilitar la toma del fármaco o incluso evitar ciertos efectos secundarios.

Fuentes: UTAustinX: UT.4.01x Take Your Medicine - The Impact of Drug Development.
              http://generalidadesdelafarmacia.blogspot.com.es/2010/11/vias-de-administracion-de-medicamentos.html
              http://www.xatakaciencia.com/medicina/farmacologia-vias-de-administracion-de-los-farmacos-y-sus-pros-contras
              http://www.riesgoquimico.es/2009/03/30/omeprazol/

Leer más