LA SOCIEDAD DEL CONOCIMIENTO
Nanotecnología en la medicina
Edilberto Cervantes Galván
Resulta entonces muy atractiva la lectura de un libro que informa sobre el proceso de convergencia que, a nivel de la investigación científica, se está produciendo, a partir de la nanotecnología y su interacción con la biología. Sonia Contera, codirectora, del Instituto de Nanociencia para la Medicina, de la Universidad de Oxford, da cuenta de su propia experiencia como investigadora en la interfase entre la física, la nanotecnología, la biología y la medicina.
La autora señala que los miembros de la comunidad científica han sido lentos en reflexionar sobre cómo la fusión de disciplinas está transformando las formas en las que se trabaja y se piensa sobre la naturaleza. “La convergencia de las disciplinas científicas está propiciando una revolución no sólo en la tecnología, sino también en nuestra forma de relacionarnos –en lo físico, lo cultural y lo filosófico– con el mundo material”.
Contera afirma que la Biología es la materia más intensamente investigada en la ciencia moderna. “Más allá de la perpetua preocupación humana por la salud, la mortalidad, y la búsqueda de nuestro lugar e identidad en el universo, el poder oculto en la complejidad de la Biología está provocando que casi todas las ramas de la ciencia y la tecnología graviten hacia el estudio de la vida”.
Entender la enfermedad y curarla es un desafío que requiere de todo el conocimiento técnico y científico disponible: de la computación, para entender la organización del cerebro y sus conexiones e impulsar la inteligencia artificial; de la ciencia de materiales y la robótica, para analizar el ensamblaje de las estructuras biológicas e impulsar el diseño de nuevos materiales y robots; en los departamentos de Física se estudian las proteínas de las plantas que son responsables de la fotosíntesis, estas son soluciones biológicas que pueden adoptarse en las computadoras cuánticas.
Sin embargo, según la visión de Contera, el paso necesario para integrar efectivamente estos esfuerzos es el desarrollo de la nanotecnología. Para lograr el poder de restaurar la salud perfecta se requiere saber cómo trabajan las moléculas en un ambiente específico, por qué y cómo funcionan mal en una enfermedad; y lo más importante, cómo llegar a ellas, cómo enfocarlas y activarlas o desactivarlas.
Desde los primeros días de la nanotecnología –señala Contera– una de sus misiones principales ha sido la de crear herramientas capaces de interactuar con las moléculas biológicas clave, una a la vez, acercándose así a la focalización de las moléculas individuales en el contexto médico.
La incorporación de la nanotecnología a las ciencias de la vida ha propiciado una creciente ola de investigadores de la Física incursionando en la biología. Los experimentos de estos científicos difieren, respecto de la investigación biológica y la bioquímica tradicional, en que buscan generar datos cuantitativos que ayuden a explicar el funcionamiento de los procesos bajo estudio.
El cuestionamiento usual de un biólogo es: ¿Cuál molécula hace cuál cosa? En cambio, para un físico, la pregunta es: ¿Cómo y por qué lo hace?; y si se puede diseñar un modelo matemático. El físico, al observar los sistemas biológicos, se pregunta por los parámetros que explican cómo funciona el sistema biológico: es el tamaño, la temperatura, la energía, la velocidad, la estructura, la firmeza, la carga o la actividad química. El propósito principal de un físico es crear modelos matemáticos de los procesos biológicos, que sean útiles para describir dichos mecanismos.
La solidez de este “enfoque cuantitativo” para la Biología es que libera un poder formidable: los modelos matemáticos precisos pueden usarse para predecir, en la computadora, el comportamiento de procesos biológicos específicos, sin la necesidad de realizar experimentos.
El “modelaje” computacional se utiliza actualmente en la ingeniería civil moderna, en la aeronáutica y en la arquitectura, en las que la simulación en computadora, en conjunto con el conocimiento cuantitativo de las propiedades mecánicas de los materiales que se usan en la construcción (por ejemplo: elasticidad, viscosidad, solidez, rigidez), se emplean habitualmente por los ingenieros para probar la viabilidad de los diseños, antes de que se realice ningún trabajo de construcción.
Adoptar este enfoque en la Biología era totalmente imposible, antes de contar con las técnicas que permiten el monitoreo de los procesos biológicos en toda su dinámica y la “complejidad jerárquicamente estructurada” de la escala nanométrica de las proteínas y el DNA en las células de los tejidos en cuerpos vivos.
Una vez que se dispone de la información experimental a escala nanométrica de moléculas específicas, se pueden construir modelos que describen el funcionamiento de, por ejemplo: proteínas o el DNA en su ambiente natural o en un ambiente enfermo.
La capacidad para modelar moléculas específicas se integrará con las técnicas que permiten recolectar cantidades masivas de información cuantitativa sobre las moléculas que se encuentran en un medio ambiente complejo en tiempo real. Los algoritmos de la Inteligencia Artificial serán usados, cada vez más, para auxiliar en el análisis de la “big data” biológica.
La integración de la Física-biológica con la big data biológica y los modelos de Inteligencia Artificial, permitirán incrementar la precisión de los modelos inteligentes de lo que es la vida.
El entusiasmo con el que Sonia Contera da cuenta de la utilización creciente de la nanotecnología en la investigación biológica, es reflejo de lo promisorio que resulta esta colaboración interdisciplinaria para la atención de los problemas de la salud y en el conocimiento de cómo funciona el cuerpo humano.
Contera, Sonia (2019), Nano comes to life: how nanotechnology is transforming medicine and the future of biology, Princeton University Press.