Kitabı oku: «Grandes retos del siglo XXI»

NORMATIVIDAD Y MEDICIONES : LLEVANDO LA NANOTECNOLOGÍA A CASA

Rubén J. Lazos Martínez y Norma González Rojano^*

RESUMEN

La nanotecnología es un campo emergente de rápido crecimiento cuya dinámica y perspectivas plantean grandes retos no sólo para los científicos, sino para toda la sociedad en general, tanto por el sentido de encontrar productos con cualidades novedosas que facilitan la vida, como por los potenciales efectos de los nuevos materiales en la salud y el ambiente. La experiencia con tecnologías emergentes indica que la demanda se enfoca hacia el gobierno, en donde la investigación y el desarrollo, la innovación tecnológica, la seguridad y los aspectos sociales tienen que ser parte de un proceso único con el que se aspire a innovar “responsablemente” para el beneficio de la sociedad. En este documento se describe a grandes rasgos uno de los grandes retos para esta nueva tecnología que es la normatividad y el establecimiento de infraestructura para generar mediciones confiables.

INTRODUCCIÓN

Desde hace tiempo se han descubierto fenómenos que ocurren cuando los sistemas físicos o químicos miden de 1 nm a 100 nm, aproximadamente. Éstos son tamaños superiores a los de átomos y moléculas y están muy por debajo de las generalmente denominadas dimensiones macroscópicas de la materia. En los modelos físicos y químicos que se ubican en este intervalo debe considerarse, además de sus contribuciones individuales de átomos y moléculas, contribuciones propias de su comportamiento, como colectividad; por otro lado, en este intervalo las aproximaciones estadísticas válidas para sistemas macroscópicos aún no son del todo apropiadas.

La naturaleza muestra un buen número de ejemplos de materiales, ahora llamados nanomateriales, con las características mencionadas. Por su parte, el ser humano ha podido construir algunos nanomateriales, actualmente denominados nanomateriales manufacturados (NMM), que han demostrado poseer propiedades realmente sorprendentes.

De esta manera, en las estanterías de los comercios en México se observan ya, por ejemplo:

 cosméticos con nanoesferas “…porosas que liberan activos como vitaminas e hidratantes…”;

 prendas que con la aplicación de nanotecnologías, son de fácil cuidado y resistentes a las arrugas, gracias a que se “insertan individualmente microfibras en las moléculas del algodón”, lo que “hace que los líquidos se deslicen sobre la tela”;

 pinturas “antigraffiti” por su contenido de nanomateriales;

 recipientes plásticos “…elaborados con nanomateriales para preservar los alimentos”.

También se encuentra en el país la oferta de franquicias para la aplicación de pinturas y recubrimientos con base en nanomateriales.

Es enorme el número de los productos y servicios con base nanotecnológica actualmente en desarrollo. En México, a manera de muestra, se encuentran resultados de investigación conjuntos entre la academia y la industria del cemento con los cuales se han logrado mejorar significativamente las propiedades mecánicas de compuestos del cemento mediante la adición de nanomateriales; también, la producción de recubrimientos para muebles sanitarios con propiedades bactericidas, la síntesis de nanopartículas de plata a partir de sistemas vivos y la biorremediación de suelos contaminados con metales. En tanto, el sector de energía se beneficiará utilizando fibras de nanotubos de carbono con ventajas significativas sobre los conductores metálicos.

Las aplicaciones médicas se han convertido en un nicho muy prolífico para los nanomateriales: la entrega selectiva de fármacos mediante nanopartículas funcionalizadas en casos de tumores malignos o no;¹ la estimulación neuronal por medio de nanotubos de carbono.² Otros casos espectaculares se muestran en el sector agrícola en donde, además de la entrega eficiente de nutrientes, fertilizantes y plaguicidas, se utilizan nanosensores para el monitoreo de las condiciones del suelo y el crecimiento de las plantas.³

Esta enorme diversidad de aplicaciones ha dado lugar al crecimiento global de la industria de las nanotecnologías de forma tan importante que algunos consideran que es una suerte de nueva revolución industrial, similar a la provocada por el desarrollo de los semiconductores en la década de los sesenta. En los próximos años, se espera que esta industria crezca de manera exponencial. Algunos estimados indican que el mercado global de nanotecnologías crecerá de 30 mil millones de dólares en 2005 a 3.1 billones de dólares para 2015,⁴ en un escenario optimista. Esto es, el tamaño del sector se multiplicaría por un factor de 100 en solamente 10 años.

El capital intelectual residente en el conocimiento de los individuos es una materia de la más alta importancia en el desarrollo de las nanociencias y sus aplicaciones en las nanotecnologías. El aprovechamiento cabal de los beneficios potenciales de las nanotecnologías simplemente no es posible sin la participación eficaz de personas con competencias suficientes en la materia. Los recursos humanos con altas competencias son tan importantes en el ámbito de las nanotecnologías, que la tercera evaluación de la Iniciativa Nacional para las Nanotecnologías en Estados Unidos abordó la necesidad de desarrollar y mantener el capital intelectual con competencias en la materia recomendando que el congreso y la administración tomen medidas para retener el talento científico e ingenieril formado en Estados Unidos mediante el diseño de un programa que facilite tarjetas de residente permanente a extranjeros que hayan obtenido grados académicos superiores en ciencia e ingeniería en instituciones académicas del país, y para quienes exista posibilidad de empleo permanente en esa disciplina.⁵

Las aproximadamente 60 instituciones de investigación, desarrollo e innovación identificadas en México constituyen para el desarrollo de este sector una base científico-tecnológica⁶

sólida pero aún insuficiente ante el enorme avance de las nanociencias y las nanotecnologías.

Desde la perspectiva industrial, un parámetro crítico es un parámetro importante para la función de un material/espécimen y, que por tanto, requiere ser medido. También con el fin de demostrar que un producto o un proceso cumple un requisito específico, es necesario efectuar una medición cuantitativa y esto incluye las mediciones en la nanoescala. Entonces, es crucial desarrollar y establecer normas, métodos y procedimientos de medición prácticos incluidos los patrones de referencia que regulen y coadyuven a garantizar la seguridad de la sociedad en el uso de estos productos.

ACUERDOS BÁSICOS

En el ámbito global actual, las nanotecnologías son producto de los desarrollos combinados en varios grupos de trabajo en diversos países. Estos logros solamente han sido posibles por la utilización de una plataforma común de elementos armonizados, intencionada o involuntariamente, que permiten comparar, ensamblar confirmar, compartir, etc., los resultados de los grupos de trabajo individuales. Como parte de estos elementos se encuentran conceptos, terminología, nomenclatura, conocimientos científicos y tecnológicos, métodos de medición y caracterización validados, referencias, equipos, etcétera.

Normas

Las normas, entendidas como reglas adoptadas por consenso que se deben seguir o a las que se deben ajustar las conductas, tareas, actividades, etc., tienen impactos benéficos en nuestras vidas, muchas veces independientemente de nuestra percepción. Entre otros efectos, hacen posible la comunicación estableciendo un lenguaje común, aseguran que componentes producidos en distintas partes puedan ensamblarse, propician la garantía de la seguridad pública, la salud humana y la protección al ambiente.

Según la Organización Internacional de Normalización (ISO)⁷ una norma es un documento que contiene requisitos, especificaciones, orientaciones o características que pueden ser usadas consistentemente para asegurar que materiales, productos, procesos y servicios sean adecuados para su propósito.

En el ámbito actual de globalidad, la tendencia es usar normas armonizadas entre las economías, con la implicación de que cada vez más normas nacionales reflejan con alta fidelidad los contenidos de normas internacionales. Esta situación convierte a las normas internacionales en aliadas de los países en desarrollo, pues constituyen hasta cierto punto un mecanismo de transferencia de tecnología por medio del cual, por ejemplo, los resultados de validación de métodos y resultados, a partir de evidencias científicas logrados por las economías con recursos para ello, son aprovechados por economías con menos recursos. Cabe una nota de advertencia a las economías menos poderosas en el sentido de que las normas establecen deberes, pero no siempre contienen las razones de éstos, cuya ignorancia podría dar lugar a una dependencia de estas reglas mayor de lo aconsejable por parte de las economías más débiles.

Es importante reconocer el nivel de obligatoriedad de las normas, distinguiendo aquellas cuya aplicación queda sujeta a la voluntad del interesado, y otras, encaminadas a asegurar el bien común sobre el bien individual, cuya observancia necesita ser obligatoria. Por ejemplo, entre las primeras se encuentran las relacionadas con terminología cuya aplicación es conveniente para facilitar la comunicación, mientras que en el grupo de obligatorias se hallan las que limitan la emisión de gases derivados de la combustión a la atmósfera.

Responsabilidades del estado. Regulaciones

De acuerdo con la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico, OCDE,⁸ las regulaciones se refieren al conjunto de instrumentos por los cuales los gobiernos establecen requisitos a empresas y ciudadanos. En particular, las regulaciones sociales son aquellas que “protegen el interés público, tales como la salud, la seguridad, el medio ambiente y la cohesión social”.

En México, las denominadas Normas Oficiales Mexicanas constituyen una parte de las regulaciones, concepto entendido como:⁹ “la regulación técnica de observancia obligatoria expedida por las dependencias competentes, conforme a las finalidades establecidas en el artículo 40, que determina reglas, especificaciones, atributos, directrices, características o prescripciones aplicables a un producto, proceso, instalación, sistema, actividad, servicio o método de producción u operación, así como aquellas relativas a terminología, simbología, embalaje, marcado o etiquetado y las que se refieran a su cumplimiento o aplicación”.

El gobierno tiene la responsabilidad de propiciar los beneficios para la sociedad, tanto mediante el incremento de la competitividad del país, como siendo garante de “los derechos de las personas a la protección de la salud y a un medio ambiente sano”.¹⁰

Entonces, ante el incremento en la aplicación de las nanotecnologías, se hace necesario un compromiso entre el avance tecnológico y la implementación de medidas, incluida la emisión de regulaciones, encaminadas a proteger a la sociedad de efectos potenciales indeseables de las mismas tecnologías.

A pesar de los esfuerzos realizados en los años recientes, el proceso para desarrollar acciones regulatorias adecuadas es complejo y prolongado. La posición que prevalece en este momento es hacia el uso de las disposiciones existentes adaptadas o revisadas para nanotecnología. Este enfoque, sin embargo, no es completamente satisfactorio y requiere de mejorar la situación actual.

Terminología

Nanoescala es un término que funge como común denominador en las nanotecnologías. Su definición está enfocada al tamaño:¹¹

Nanoescala: intervalo de dimensiones de 1 nm a 100 nm, aproximadamente.

Nota 1: en este intervalo aparecen, aunque no de manera exclusiva, propiedades que no son extrapolaciones de un tamaño mayor. Para tales propiedades los límites del intervalo se consideran aproximados.

Nota 2: el límite inferior en esta definición (1 nm aproximadamente) se introduce para evitar la designación de átomos individuales y de pequeños grupos de átomos como nanoobjetos o elementos de nanoestructuras, lo que podría deducirse en ausencia de un límite inferior.

No obstante, se reconoce que lo relevante para las nanotecnologías son los fenómenos que ocurren a esa escala.

Adicionalmente, debe notarse que los límites de la nanoescala son difusos; no hay una frontera en tamaño absolutamente definida, fuera de la cual dejen de ocurrir los fenómenos que dan lugar a las muchas veces sorprendentes aplicaciones de las nanotecnologías.

Figura 1. La nanoescala en comparación con algunas dimensiones.

A partir del término “nanoescala” se está construyendo todo un sistema terminológico estructurado. A manera de muestra:

 un nanoobjeto es el material con una, dos o tres dimensiones externas comprendidas en la nanoescala;

 una nanopartícula es un nanoobjeto con las tres dimensiones externas en la nanoescala;

 una nanofibra es un nanoobjeto con dos dimensiones externas similares en la nanoescala y la tercera dimensión significativamente mayor, y,

 un nanotubo es una nanofibra hueca.

Este sistema incluye también la siguiente definición:¹²

Nanotecnología: aplicación del conocimiento científico para controlar y manipular la materia en la nanoescala con el fin de hacer uso de las propiedades y los fenómenos dependientes del tamaño y de la estructura, a diferencia de los asociados con átomos individuales o moléculas o con materiales en volumen.

COMERCIALIZACIÓN, TRANSPARENCIA

El comercio justo ha sido uno de los ideales de muchas generaciones. Tiene que reconocerse que, en general, las transacciones comerciales llevan como característica implícita la asimetría en la información: el vendedor sabe más de lo que vende que el comprador.

Con la finalidad de abordar esta responsabilidad, el marco normativo mexicano¹³ adopta como uno de sus principios básicos en las relaciones de consumo:

La información adecuada y clara sobre los diferentes productos y servicios, con especificación correcta de cantidad, características, composición, calidad y precio, así como sobre los riesgos que representen.

Adicionalmente, la legislación mexicana contempla este aspecto como motivo de la emisión de regulaciones¹⁴ al disponer que las normas oficiales mexicanas deban establecer, entre otros:

La determinación de la información comercial, sanitaria, ecológica, de calidad, seguridad e higiene y requisitos que deben cumplir las etiquetas, envases, embalaje y la publicidad de los productos y servicios para dar información al consumidor o usuario.

La legislación mexicana no es singular en cuanto a estas cuestiones, pues muchas economías han desarrollado legislaciones similares.

Entonces, el advenimiento de productos de nanotecnología a los mercados conlleva la necesidad de construir bases para asegurar la equidad de la transacción comercial entre productor y consumidor, necesidad más apremiante cuando el consumidor es el final, el cual está prácticamente obligado a confiar en las declaraciones de los fabricantes, pues no posee la capacidad de verificarlas de manera eficiente; la asimetría en la información es menos acentuada cuando los actores de la transacción son industrias.

Las dificultades para implementar estas ideas cuando están involucradas tecnologías emergentes es el conocimiento incompleto acerca del tema. Para las nanotecnologías, las dificultades respecto a los nanomateriales manufacturados incluyen la falta de acuerdos para:

a) Identificarlos mediante un nombre.

b) Identificar sus características físicas y químicas relevantes.

c) Determinar los métodos de caracterización y medición correspondientes.

d) En su caso, emitir instrucciones y advertencias sobre su empleo o desecho.

e) Distinguir el nivel de información necesario para el usuario, que no comprometa los derechos de propiedad intelectual del productor.

Los normalizadores internacionales en la materia, la iso, inevitablemente han abordado el tema del etiquetado de productos con nanomateriales manufacturados destinados al consumidor final, en medio de intensos debates en los que afloran las prioridades de las economías orientadas a la competitividad de su industria y aquellas más comprometidas con la seguridad de sus sociedades. Después de algunos años de discusiones, se vislumbra que en breve, probablemente a fines de 2013, se emita un documento sobre el tema con el consenso de los interesados.

EFECTOS POTENCIALES EN LA SALUD Y EL AMBIENTE

Como en el desarrollo de toda tecnología emergente, aparecen en primer lugar los productos novedosos con implicaciones en muchos casos sorprendentes, y después viene el descubrimiento o predicción de efectos no intencionados, que en algunos casos se convierten en potenciales riesgos para la salud humana o para el ambiente. Mientras que los nanomateriales presentan posibilidades aparentemente ilimitadas, éstos tienen un nuevo reto para entender, predecir y administrar los riesgos potenciales a la salud y la seguridad para los trabajadores en las plantas de producción que ocupan nanomateriales.

Parece lógico que las economías den preferencia al desarrollo de productos novedosos que incrementan su competitividad y mejoren así sus economías, y después lleven a cabo lo necesario para evaluar los efectos indeseados de dichos productos, cuyo valor comercial no se expresa, pero repercute en la calidad de vida de la población.

No es tarea sencilla determinar con nitidez los efectos de los nanomateriales manufacturados; sin embargo, hay tendencias identificadas en algunos casos:

 El National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) ha desarrollado una plan estratégico para investigar sobre varios aspectos de las nanotecnologías en salud y seguridad ocupacional. Después de un extenso estudio que se prolongó por varios años sobre los efectos del TiO2 —material usado ampliamente en las industrias de pinturas y barnices, cosméticos, plásticos, papel y alimentos (como agente blanqueador)—, el NIOSH ha considerado otros estudios sobre los efectos observados en los pulmones de las ratas que fueron dosificadas con dióxido de titanio ultrafino, concluyendo que debe considerarse el potencial carcinogénico de nanopartículas de TiO2 cuando los trabajadores están expuestos por inhalación a concentraciones promedio de 0.3 mg/m3 durante 10 horas al día en jornadas de trabajo de 40 horas semanales¹⁵ . Estos riesgos no se presentan cuando se trata de partículas de tamaños mayores, denominadas también partículas finas, lo que implica que el potencial carcinogénico no radica en la naturaleza química del material, sino en su tamaño, y más específicamente en la alta área superficial que presentan como nanopartículas.

 Las nanopartículas de plata tienen efectos nocivos al exponer embriones de ciertas especies de peces a concentraciones de 0.5 mg/L por algunos días,¹⁶ hallazgo no sorpresivo en vista de su uso como biocida en desinfectantes.

Este asunto ha tomado muy alta relevancia para algunos gobiernos. A partir de la información confiable disponible, el de Dinamarca auspició un estudio amplio sobre los riesgos potenciales para la salud y el ambiente de nanomateriales con impacto potencial en la salud o ambiente en términos de la amplitud de su utilización en el país, la exposición de las personas a ellos, su potencial descarga directa al ambiente y su perfil toxicológico.¹⁷ Este estudio incluye fullerenos, dióxido de titanio, hierro cero-valente, dióxido de cerio, plata, nanoarcillas y dióxido de silicio. El estudio reconoce las limitaciones en general de la información disponible, sin embargo da cuenta de altos potenciales de exposición al ambiente y a las personas de fullerenos, nanopartículas de plata, de dióxido de titanio y de dióxido de silicio, cuando se utilizan como componentes de cosméticos y productos de cuidado personal.

Si bien en México no existe un esquema formal de la regulación sobre los riesgos de los productos nanotecnológicos para la salud y la seguridad, el marco legislativo prescribe como sujetas a regulación:¹⁸

 Las características y/o especificaciones que deban reunir los productos y procesos cuando éstos puedan constituir un riesgo para la seguridad de las personas o dañar la salud humana, animal, vegetal, el medio ambiente general y laboral, o para la preservación de recursos naturales.

 Las condiciones de salud, seguridad e higiene que deberán observarse en los centros de trabajo y otros centros públicos de reunión.

PRODUCCIÓN. MANEJO DE NANOMATERIALES EN AMBIENTES LABORALES

De particular importancia son los efectos en los operarios de los procesos de manufactura expuestos a nanomateriales manufacturados. En general, están sometidos a exposiciones mayores que el resto de la población, y dada la tendencia evidente a la expansión de las nanotecnologías, se esperaría un incremento sustantivo del número de operarios expuestos a los nanomateriales en pocos años.

El riesgo potencial a la salud de un nanomaterial manufacturado depende de múltiples factores que incluyen la toxicidad inherente de éste, su persistencia en el organismo, la magnitud y duración de la exposición y la vía de exposición. Tomando en cuenta estos factores, es claro que los riesgos asociados a un nanomaterial manufacturado no pueden estimarse como extrapolaciones de materiales de la misma naturaleza en cantidades macroscópicas.¹⁹

En cuanto a la persistencia, debe subrayarse que en algunos casos el organismo no tiene mecanismos para enfrentar la presencia de nanomateriales manufacturados y destruirlos o desecharlos, por lo que se acumulan y sus efectos se hacen evidentes a largo plazo.

Como se mencionó, los efectos de los nanomateriales son aún muy pobremente conocidos. En ambientes laborales la inhalación de nanoobjetos como vía de exposición es una de las más probables y frecuentes, por lo que su estudio ha propiciado algunos trabajos cuyos resultados indican que algunas nanopartículas pueden atravesar diversas barreras del organismo y acumularse en órganos como los pulmones, el cerebro, el hígado, la médula espinal y los huesos, causando efectos tóxicos de naturaleza pulmonar, cardiaca, reproductiva o renal.²⁰

Tampoco hay claridad sobre el origen de la toxicidad de los nanomateriales manufacturados. En algunos casos puede deberse simplemente a su morfología; los nanotubos de carbono muestran efectos similares a las fibras de asbesto simplemente por la similitud de sus formas. En otros casos, los efectos se deben a las propiedades químicas de sus superficies, cuya actividad es proporcional a la superficie que el nanoobjeto presenta para posibles interacciones. En estos casos, la “intensidad” de la presencia de nanopartículas no depende directamente de la masa o del volumen de éstas sino de su “área superficial” entendida como la magnitud de la superficie que presenta el nanoobjeto en cuanto a su reactividad. Un nanoobjeto poroso tiene una mayor área superficial que uno con superficie lisa, por lo cual esta porosidad le confiere un alto potencial para la actividad química.

Con la finalidad de afrontar de manera armonizada el reto de la seguridad de nanomateriales manufacturados en el ámbito global, la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico ha establecido el grupo de trabajo Working Party for the Manufactured Nanomaterials (WPMN) dedicado al desarrollo de documentos sobre el tema con la contribución de expertos de los países miembros.

Como parámetros fisicoquímicos importantes para la seguridad de los nanomateriales manufacturados, este grupo ha identificado los siguientes: tamaño y distribución de tamaño, área superficial, estado de agregación o aglomeración y reactividad superficial. Debe notarse que estos parámetros inciden de forma directa sobre la toxicidad intrínseca de los nanomateriales manufacturados; sin embargo, aún no está madura alguna metodología general que relacione sus propiedades fisicoquímicas con su toxicidad. Una tendencia es apoyar esta relación con la cantidad de especies reactivas de oxígeno (ROS, siglas en inglés de Radical Oxygen Species), pero los resultados aún no son concluyentes.

Entonces, con información sobre la toxicidad intrínseca de los nanoobjetos, el siguiente paso es la determinación de valores máximos aceptables de concentración de cada especie de nanomaterial manufacturado en los ambientes laborales y las condiciones sobre la vía de exposición. Ante la insuficiencia de información sólida sobre los efectos de los nanomateriales, aún no se ha podido determinar de manera consensuada, armonizada, los valores mencionados.

La salud es un componente esencial de un programa efectivo de salud y seguridad ocupacionales. Las propiedades físicas y químicas de los nanomateriales, el crecimiento de las nanotecnologías en los lugares de trabajo y la información actual sugieren que la exposición a algunos materiales nanomanufacturados puede ocasionar efectos adversos a la salud en los animales de laboratorio, lo que puede extrapolarse a los trabajadores potencialmente expuestos a estos materiales. De aquí que es importante generar un sistema que recopile los datos de los estudios que se realicen sobre los efectos de los nanomateriales y sirva como guía para elaborar las regulaciones apropiadas para establecer los límites permitidos.

MEDICIONES CONFIABLES PARA TOMAR DECISIONES

En concordancia con la prioridad del wpmn-ocde acerca de los parámetros fisicoquímicos de nanomateriales manufacturados por determinar, hay avances considerables en la determinación de tamaño de la nanopartícula y su distribución. México está desarrollando una infraestructura para ello en el Centro Nacional de Metrología, cuyos resultados obtenidos hasta ahora se han expuesto a variados ejercicios internacionales de comparación entre laboratorios organizados en el contexto del Programa Asia Pacífico para la Metrologia (APMP, siglas en inglés de Asia-Pacific Metrology Program) y del Proyecto Versailles Project on Advanced Materials and Standards (VAMAS).

Conceptualmente, la medición en la nanoescala no es diferente de las mediciones en la escala macroscópica: se obtienen experimentalmente valores que pueden atribuirse razonablemente a una magnitud. A fin de lograr que las mediciones sean uniformes, esos valores deben ser consistentes con una referencia convenida para esa magnitud.

En este caso, se identifica a la magnitud con el tamaño de las nanopartículas, esto es, alguna de sus dimensiones, en cuyo caso la referencia es la definición de metro como la unidad de longitud acordada en el sistema internacional de unidades.²¹

Por tanto, el acto de medir implica hacer un experimento cuyo resultado sea el valor de la longitud que razonablemente pueda atribuirse al tamaño de la nanopartícula, con referencia al metro. La dificultad estriba en las ocho o nueve órdenes de magnitud que existen entre el tamaño del metro y el tamaño de las nanopartículas. La dificultad se agrava cuando se requiere que tales mediciones sean hechas en el ámbito industrial, en donde es necesario medir de manera expedita y a bajo costo.

Una manera de superar esta dificultad, al menos parcialmente, es que la relación con la referencia se haga a través de varias etapas, que conforman lo denominado como cadena de trazabilidad, esta última definida como²² propiedad de un resultado de medida por la cual el resultado puede relacionarse con una referencia mediante una cadena ininterrumpida y documentada de calibraciones, cada una de las cuales contribuye a la incertidumbre de medida.

Figura 2. Cadena de trazabilidad de mediciones de longitud.

La figura 2 ilustra la cadena de trazabilidad para mediciones de longitud, cuyo origen o referencia es la definición de metro, implementada mediante un patrón nacional y tantos otros como sean necesarios en un instituto nacional de metrología con responsabilidades para el efecto; en el caso mexicano, es el Centro Nacional de Metrología. Éste, a su vez, disemina las características metrológicas a laboratorios para que finalmente las mediciones realizadas con las industrias estén relacionadas a la definición del metro. Los patrones pueden tomar diversas formas incluida la de materiales de referencia certificados.²³

No es asunto sencillo implementar cadenas de trazabilidad cuando las mediciones de longitud en la industria están en la nanoescala. Por ejemplo, para fines regulatorios sobre nanomateriales manufacturados, la Unión Europea ha recomendado la siguiente definición:²⁴ “Nanomaterial: material natural, incidental o manufacturado que contiene partículas libres, o como agregados o aglomerados, que contribuyan por lo menos con 50% de la distribución de tamaño en número, y con una o más dimensiones en el intervalo de 1 nm a 100 nm”.

De hecho, la referencia citada contiene una amplia discusión sobre las dificultades para implementar la definición recomendada por los retos que plantea para los sistemas de medición y la interpretación de los resultados, entre los que incluye la dificultad de convertir resultados experimentales a distribuciones de tamaño de partículas de materiales polidispersos con suficiente exactitud, y la de contar partículas en el extremo inferior del intervalo, de 1 nm a 10 nm, con las técnicas de medición validadas disponibles.

Aunque de mayor complejidad, las otras propiedades fisicoquímicas también requieren de consideraciones similares con el mismo fin: obtener mediciones confiables en las cuales se apoyen las normas y regulaciones para las nanotecnologías.

Por tanto, es comprensible la problemática en la que está inmersa la emisión de regulaciones para las nanotecnologías:

 Un compromiso entre el cuidado de la competitividad del país con la protección de la salud de su sociedad y el cuidado del ambiente.

 La insuficiencia de información sólidamente fundada sobre los efectos de los nanomateriales en la salud y el ambiente.

 La imprecisión en la identificación de las propiedades fisicoquímicas incidentes en la salud y el ambiente.

 La falta de información para determinar objetivamente los niveles máximos aceptables de concentración de nanomateriales en ambientes de importancia particular, como los laborales.

 Las dificultades para implementar una evaluación de la conformidad con tales valores máximos aceptables sustentada en mediciones confiables.

 

REFLEXIONES FINALES

 Los productos con base nanotecnológica ya se encuentran en México, y su número aumenta de manera acelerada.

 También se encuentran plantas de manufactura que utilizan nanomateriales en sus procesos.

 Desde hace años, en México más de 50 organizaciones de investigación y desarrollo trabajan en la materia, y más industrias se suman a las interesadas en el tema; sin embargo, aún sus vínculos son débiles.

 Como tecnología emergente, aún no se tiene información suficiente de los efectos de los nanomateriales en la salud y el ambiente.

 La metrología para soportar los ciclos de vida de estos nanomateriales está en desarrollo en México, de manera similar a otras economías.

 México está en la ruta de las actividades de normalización nacional e internacional.

 La armonización de regulaciones sobre el tema es un compromiso del más alto nivel.

La posición prevalente entre las autoridades y las industrias es que la legislación existente puede ser adaptada para productos nanotecnológicos y encargarse de tratar lo referente a los riesgos potencialmente asociados con ellos. La evolución de las regulaciones para las nanotecnologías puede influenciar la ruta de los desarrollos de los productos y los procesos, y el establecimiento de estas regulaciones será un gran reto para este siglo en México.

Uno de los grandes retos para el siglo XXI es aprovechar los beneficios de las nanotecnologías para mejorar la calidad de vida de la población, de manera sustentable.

AGRADECIMIENTOS

A los organizadores del coloquio Grandes retos para el siglo xxi por la oportunidad para presentar este trabajo con los auspicios de la Universidad Nacional Autónoma de México.

^*Centro Nacional de Metrología.[regresar]

¹H. Liu et al., Nanotechnology, 19, 2008; N. Farkas et al., Meas. Sci. Technol., 22, 2011.[regresar]

²M. P. Prabhakaran et al., Nanotechnology, 19, 2008.[regresar]

³M. H. Fulekar, Nanotechnology: Importance and Applications, Nueva Delhi, I. K. International Publishing House Pvt. Ltd., 2010, p. 150.[regresar]

⁴Cientifica Ltd (2007), Halfway to the trillion dollar market?, http://cientifica.eu.; Lux Research Inc. (2009): “Nanomaterials of the Market Q1 2009: Cleantech’s Dollar Investments, Penny Returns”.[regresar]

⁵Report to the President and Congress of the Third Assessment of the National Nanotechnology Initiative, marzo, 2010.[regresar]

⁶Diagnóstico y prospectiva de la nanotecnología en México, CIMAV por encargo de la se, 2007.[regresar]

⁷http://www.iso.org/iso/home/standards.htm.[regresar]

⁸The OECD Report on Regulatory Reform: Synthesis, París, citado en Diplomado en Regulación, Módulo I, Cofemer, 1997.[regresar]

⁹Ley Federal sobre Metrología y Normalización, artículo 3, México, 2011.[regresar]

¹⁰Lineamientos para regulaciones sobre nanotecnologías, México, Secretaría de Economía, 2012.[regresar]

¹¹ISO TS 27687 Nanotechnologies — Terminology and definitions for nano-objects — Nanoparticle, nanofibre and nanoplate.[regresar]

¹²ISO TS 80004-1 Nanotechnologies – Vocabulary – Part 1: Core terms.[regresar]

¹³Ley Federal de Protección al Consumidor, artículo 1, México, 2013.[regresar]

¹⁴Ley Federal sobre Metrología y Normalización, artículo 40, México, 2011.[regresar]

¹⁵NIOSH Current Intelligence Bulletin 63, Occupational Exposure to Titanium Dioxide, DHHS (NIOSH) Publication núm. 2011–160, abril de 2011.[regresar]

¹⁶T. Sabo-Attwood et al., 10th. International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements, Chihuahua, México, 2009.[regresar]

¹⁷S. H. Mikkelsen et al., Survey on Basic Knowledge about Exposure and Potential Environmental and Health Risks for Selected Nanomaterials, Environmental Project núm. 1370, 2011.[regresar]

¹⁸Ley Federal sobre Metrología y Normalización, op. cit.[regresar]

¹⁹ISO/TR 12885 Nanotechnologies – Health and Safety Practices in Occupational Settings Relevant to Nanotecnologies, 2008.[regresar]

²⁰Ostiguy et al., Health Effects of Nanoparticles, Report R-451, Institut de recherche Robert- Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST), 2007.[regresar]

²¹The International System of Units, BIPM, 2006, disponible en www.bipm.org[regresar]

²²NMX-Z055-IMNC-2009, Vocabulario internacional de metrología – Conceptos fundamentales y generales, y términos asociados (VIM), 2009.[regresar]

²³N. González et al., “Nanociencia y nanotecnología. Panorama actual en México”, Noboru Takeuchi (ed.), Nanometrología, México, UNAM, 2011.[regresar]

²⁴T. Linsinger et al., Requirements on Measurements for the Implementation of the European Commission Definition of the Term “Nanomaterial”, Joint Research Centre, 2012.[regresar]

CUANDO EL FUTURO DE LA NANOTECNOLOGÍA NOS ALCANCE

Ana Cecilia Noguez Garrido^*

Uno de los temas de investigación más recurrentes en la ciencia en la última década son la nanociencia y la nanotecnología, que sin duda ha tenido un gran impacto y relevancia en la física actual. Es evidente que a nivel mundial la nanociencia y la nanotecnología son áreas de investigación de mucho interés no sólo para los físicos sino también para especialistas de otras disciplinas científicas como química, biología, ingeniería, ciencia de materiales, biotecnología y medicina. Este interés global se traduce en políticas de apoyo financiero prioritario por parte de los gobiernos de países como Estados Unidos, Japón, Corea del Sur y China, así como de la Unión Europea, principalmente. Mientras que en nuestro país, a pesar de haberse formado un red temática nacional, la inversión sigue siendo muy escasa, como sucede con la ciencia en general; de tal manera que cada año perdemos presencia en el ámbito internacional, como indica la figura 1 que muestra el número de artículos y el porcentaje con que contribuyeron México y otros países a la producción mundial en 2005 y en 2010. Los países sombreados en azul no aparecían inicialmente dentro de los primeros 30 lugares. México cayó del lugar 26 al 31 en 2010. En 2000, tuvo su máxima participación y desde entonces ha estado cayendo en la producción de artículos respecto a los demás países, a pesar de haber aumentado su número total. Es de notar que Irán, Turquía, Rumania y Portugal desplazaron a varios países, incluido México.

Figura 1. Posición de México respecto a otros países en la producción de artículos científicos en nanociencia y nanotecnología. Datos obtenidos en el web of Science el 30 de septiembre del 2011.

La nanociencia tiene como objetivos el estudio y control de la materia a escala nanométrica utilizando las herramientas de la física, la química y la biología. La materia es todo aquello que nos rodea; ocupa un lugar en el espacio y está compuesta de átomos. En un centímetro cúbico de materia se tiene un número inmensamente grande de átomos (aproximadamente 10²³); sin embargo, en los nanomateriales, es decir, en la materia cuyo tamaño está entre uno y 10 nanómetros (un nanómetro es igual a la millonésima parte de un milímetro), el número de átomos presente es mucho menor, entre 10 y un millón. A estos materiales de tamaño nanométrico les llamamos nanoestructuras o nanopartículas y forman un puente de enlace entre los átomos y moléculas, y la materia macroscópica. No obstante, las nanoestructuras no sólo se distinguen por su tamaño y el número de átomos que la componen, si no por sus propiedades físicas y químicas que son muy distintas a las que presentarían los mismos materiales a escalas mayores, de micrómetros o milímetros. Por ejemplo, mientras que el color de un pedazo grande de plata es el mismo si éste se corta en distintos tamaños y tiene diferentes formas, ya sea una esfera, un prisma o un cubo; el color de las nanopartículas de plata depende totalmente de su tamaño y su forma. Esto significa que la respuesta de las nanopartículas a los estímulos externos tiene que ver no sólo con su tamaño, sino con su forma; mientras que la forma es resultado de diversas variables externas, tales como el proceso de formación de las partículas, la temperatura, el ambiente, etc. Otra cualidad importante de las nanopartículas es que cuando se reduce su tamaño la relación entre superficie y volumen cambia drásticamente, dominando, en algunos casos, la superficie sobre el volumen, como sucede con los nanotubos, los fulerenos y nanopartículas de alrededor de 1 nm. Este hecho potencia algunas reacciones, como la catálisis, ya que la superficie expuesta es mucho mayor. En la figura 2 se muestran varios tipos de nanopartículas de oro y plata, de diferentes tamaños y formas, como se observan en los microscopios de transmisión electrónica (tomada de M. J. Yacamán, J Comp Theo Nanosci, 4, 2007, p. 195).

Figura 2. Nanopartículas de oro y plata.

El estudio y control de estas nuevas propiedades, así como la comprensión de los nuevos fenómenos físicos que suceden en los nanomateriales es una de las tareas más interesantes y retadoras que tiene la física y, en general, la nanociencia en este siglo. Además, la nanotecnología se encarga de utilizar los conocimientos generados por la nanociencia para diseñar y fabricar dispositivos con diversas aplicaciones tecnológicas. Actualmente se prevén avances tecnológicos basados en nanociencia en las industrias química, electrónica, óptica, y, a más largo plazo, en biotecnología y medicina.

En nanociencia y nanotecnología, la generación de ideas y de dispositivos contempla al menos cuatro etapas que van aumentando en complejidad y, por lo tanto, también en potencial de aplicación. La primera etapa considera la fabricación y manipulación de nanoestructuras sencillas, como nanopartículas metálicas, de óxidos y semiconductoras, con el fin de construir nuevos polímeros, cerámicas, recubrimientos, catalizadores, entre otros, o mejorar los ya existentes. Esta etapa también se caracteriza por el uso de nanopartículas poco complejas en aplicaciones simples en medicina, cosmetología, en la industria textil, como los famosos bactericidas a base de nanopartículas de plata (conocido como nano-silver), en los que lo único que se hace es potenciar las muy conocidas propiedades antimicrobianas de la plata que se conocen desde hace miles de años y que impiden el crecimiento de los microorganismos. Otra aplicación en medicina es el calentamiento de nanopartículas metálicas por medio de fuentes electromagnéticas de relativa baja intensidad, con el fin de que quemen las células de los tejidos en donde previamente se administraron.

La segunda etapa contempla la fabricación de nanoestructuras llamadas “activas”, es decir, nanoestructuras funcionalizadas con moléculas para realizar tareas específicas, como transistores tridimensionales, amplificadores, para administrar medicamentos, en terapias, como marcadores y etiquetadores biológicos, es decir, estructuras adaptadas. En esta etapa, las nanopartículas funcionalizadas tienen como objetivo el reconocer otras moléculas y efectuar tareas específicas al recibir un estímulo externo. Por ejemplo, se ha observado que en la vecindad de una nanopartícula metálica la respuesta óptica de una molécula se amplifica, mejorando así la sensibilidad de las espectroscopias ópticas de manera significativa.

La primera observación de este tipo se hizo a principios de los años setenta, cuando se midió que la radiación Raman de moléculas se veía fuertemente favorecida si éstas se encontraban sobre una superficie metálica; a este efecto se le llamó aumento de la espectroscopia Raman por medio de la superficie o sers (surface enhanced raman spectroscopy). Poco después se vio que este aumento se debía a los plasmones de superficie de los metales, que son las oscilaciones colectivas de los electrones del metal en presencia de un campo electromagnético externo. Una propiedad particular de las nanopartículas metálicas es que muestran diferentes plasmones de superficie en función de su tamaño, forma y el ambiente en donde se encuentran. Es decir, podemos controlar la frecuencia y la amplitud de acoplamiento de los plasmones de superficie con el campo electromagnético externo, y así encontrar la nanoestructura más adecuada para caracterizar una molécula particular, ya sea por espectroscopia Raman, fluorescencia o alguna otra espectroscopia óptica. El aumento en la respuesta óptica de la molécula en presencia de nanopartículas metálicas llega a ser de incluso 1012, lo cual permite pensar en muchas aplicaciones de este fenómeno. Dentro de estas aplicaciones se encuentra el poder utilizar estas espectroscopias dentro de medios poco transparentes, así como la caracterización de moléculas individuales o en concentraciones muy pequeñas. De esta forma, en ciertas nanoestructuras se adsorben moléculas que a su vez reconocen otras moléculas, y finalmente se puede hacer una imagen al iluminar con luz las nanoestructuras para hacer reconocimiento molecular y así identificar tumores. En la figura 3 se muestra una tomografía computarizada de nodos linfáticos en un ratón por medio de rayos X de baja intensidad, usando como medio de contraste nanopartículas de sulfito de bismuto (tomada de O. Rabin, J. M. Perez, J. Grimm, G. Wojtkiewicz y R. Weissleder, An X-ray computed tomography imaging agent based on long-circulating bismuth sulphite nanoparticles, Nature Materials 5, 2006, pp. 118-122).

Figura 3. Tomografía computarizada de rayos X usando nanopartículas de sulfito de bismuto.

La tercera etapa considera el desarrollo de estructuras mucho más complejas que se puedan ensamblar y autoensamblar creando redes en una, dos y tres dimensiones, así como nuevas arquitecturas jerárquicas. Un proceso de autoensamblado se describe como un proceso por el cual un sistema de componentes desordenados se organiza en una estructura o patrón debido a interacciones específicas entre los mismos componentes y el medio en donde se encuentran. La idea principal es crear superestructuras basadas en los mismos conceptos que se utilizan para estudiar los cristales en la física del estado sólido, en donde las interacciones entre los enlaces atómicos a lo largo de diferentes direcciones crean estructuras con simetrías únicas, resultando así en diversos cristales con una gran variedad de propiedades. En este caso, en lugar de átomos se utilizan nanopartículas y en lugar de enlaces atómicos se utiliza el concepto de ligandos, es decir, diversas moléculas y macromoléculas unidas a las nanopartículas, cuya interacción entre ellas nos da la misma función que los enlaces. La direccionalidad, en este caso, puede estar dada por los mismos ligandos o por la anisotropía de las mismas nanopartículas. La interacción entre los bloques que se necesitan autoensamblar está dictada por diferentes factores: el solvente, el tamaño, forma y propiedades de las nanopartículas, así como el tamaño, forma y propiedades de los ligandos. Nuevamente un concepto importante aquí es el reconocimiento molecular y la funcionalización de las nanopartículas. Entre los ligandos más comunes utilizados hasta ahora se encuentra el adn, ctab (bromuro cetiltrimetil amonio) y los tioles, ya que con estos es posible controlar fácilmente la longitud de los ligandos y, por lo tanto, la simetría de las superestructuras. Sin embargo, las propiedades e ingeniería de estas superestructuras y el entendimiento de las principales interacciones involucradas y las propiedades físicas y químicas de estas nuevas superestructuras son un reto para la ciencia. En la figura 4 se muestra la representación esquemática de algunas estructuras autoensambladas en dos, una y tres dimensiones (de izquierda a derecha). La estructura bidimensional tiene simetría hexagonal y se autoensambló utilizando nanobarras de oro (izquierda); mientras que la estructura unidimensional (en el centro) se autoensambló utilizando nanoprismas de oro. Finalmente, la estructura tridimensional (derecha) se obtuvo usando nanopartículas dodecaedrales de oro. Las gráficas debajo de cada estructura muestran los espectros correspondientes de dispersión de rayos X a ángulos pequeños (tomada de M. R. Jones, R. J. Macfarlane, B. Lee, J. Zhang, K. L. Young, A. J. Senesi y C. A. Mirkin, Nature Materials 9, 2010, pp. 913-917).

Figura 4. Superestructuras autoensambladas utilizando nanopartículas de oro y ligandos de ADN.

Finalmente, una cuarta etapa contempla el desarrollo de dispositivos moleculares “bajo pedido” diseñados atómicamente, con funciones emergentes. En la actualidad la investigación y desarrollo se encuentran en la segunda etapa y en los albores de la tercera, por lo que la mayor parte de estas estructuras complejas se desarrollarán en los próximos 20 años, con una muy alta proyección de impacto social y económico, ya que existe un notable interés mundial en el estudio de esta clase de sistemas.

Con el fin ampliar la versatilidad de los nuevos dispositivos diseñados, gracias a la diversidad de sus propiedades físicas, químicas y biológicas, actualmente se fabrican estructuras nanométricas bien definidas de una gran variedad de materiales y formas. Entre éstas se encuentran las llamadas nanoestructuras quirales. El ejemplo más conocido de estructuras quirales a escala nanométrica es el de los nanotubos (NTs) de carbono, cuya estructura atómica es similar a una hoja de grafeno enrollada, la cual está formada por arreglos hexagonales de átomos de carbono. Esta hoja de grafeno se puede enrollar de diferentes formas, de manera que los nanotubos con el mismo diámetro tendrán una quiralidad diferente y, por lo tanto, propiedades físicas radicalmente diferentes. Otras nanopartículas quirales que recientemente han alcanzado notoriedad son las formadas por átomos de metales nobles, como plata y oro. Se ha observado que tales nanopartículas metálicas presentan propiedades extremadamente diferentes dependiendo de su composición, forma y tamaño. Estos sistemas, debido a su reciente descubrimiento, se han estudiado menos y el origen de su quiralidad es aún desconocido.

Figura 5. Ejemplos de nanotubos de carbono en donde la hoja de grafeno se enrolló de forma diferente.

La quiralidad es una propiedad geométrica existente en cualquier arreglo estructural, sean moléculas, nanoestructuras, cristales o simplemente en un conjunto de puntos. Esta propiedad consiste en que la imagen especular del arreglo no coincide de ninguna forma con el arreglo original. El ejemplo más sencillo de un arreglo quiral resulta ser nuestras manos: nuestra mano derecha es la imagen especular de nuestra mano izquierda y no existe manera de hacerlas coincidir. Bajo este esquema, siempre es posible denominar a un arreglo, “izquierdo” y a otro “derecho”, como enantiómeros. A pesar de lo simple de su definición, la quiralidad es una propiedad fundamental en física, química y biología. Los seres vivos estamos formados por aminoácidos y péptidos que son enantiómeros izquierdos únicamente, y producimos azúcares derechos de manera natural. De hecho, casi todos los productos naturales como las proteínas, lípidos, ácidos nucleicos, vitaminas, antibióticos, hormonas y muchas sustancias activas en los fármacos son quirales. Además, las sustancias quirales reaccionan de manera diferente a otras sustancias que también lo son. Es bien sabido que la sustancia activa de un fármaco puede tener efectos contraproducentes, y en ocasiones terribles, cuando no se utiliza el enantiómero correcto. Es decir, aunque molecular y estructuralmente un par de enantiómeros son iguales, al ser uno la imagen especular del otro, químicamente no lo son. En el laboratorio, al sintetizar un compuesto quiral, siempre se obtienen ambos enantiómeros, lo que se conoce como muestras racémicas; sin embargo, en la industria farmacéutica sólo se utiliza uno de ellos para elaborar medicamentos, lo que plantea el enorme problema de la separación de enantiómeros.

Por esta razón, el estudio de la quiralidad a escala nanométrica tiene un papel fundamental en bioquímica, farmacología y medicina, y está comenzando a ser un campo de investigación de frontera en nanotecnología. De hecho, estructuras nanométricas como los nanotubos, fulerenos y nanopartículas metálicas son convertidas en sensores, etiquetadores, o como medio para transportar medicamentos con diferentes moléculas quirales. Además, cada día se utilizan más nanoestructuras para separar o sintetizar los componentes izquierdos y derechos de diferentes sustancias quirales en procesos llamados de selectividad enantiomérica. Las diversas nanoestructuras no sólo sirven para separar o sintetizar sustancias quirales, sino también para explotar sus propiedades que son fuertemente selectivas y así poder ensamblarlas, como ya se hace con nanoestructuras funcionalizadas con adn, o en la llamada catálisis asimétrica. La utilización de nanoestructuras para explotar las propiedades de las sustancias quirales no es algo fortuito, sino se debe al hecho de que las propias nanopartículas presentan el fenómeno de quiralidad, como los nanotubos y fulerenos, así como algunas nanopartículas metálicas o semiconductoras. Sin embargo, este fenómeno y sobre todo sus implicaciones, han sido muy poco estudiados a escala nanométrica, a pesar de su impacto en ciencia básica y aplicada. Sin duda, éste será un campo de investigación muy importante en nanociencia conforme vayan avanzando las aplicaciones en biotecnología y medicina.

En México existen varios grupos dedicados a realizar investigación científica en el tema de nanociencia y nanotecnología. Desde el año 2002 ha habido varias iniciativas para fomentar y organizar la investigación en este tema. La primera iniciativa fue de varios investigadores del Instituto de Física de la UNAM cuando se fundó en 2002 la Red de Grupos de Investigación en Nanociencia (Regina). Los objetivos de Regina son promover la colaboración multidisciplinaria para generar proyectos de investigación en nanociencia, optimizando el uso de recursos humanos y materiales, y organizar eventos académicos (seminarios, conferencias, cursos) para informar y difundir los avances de las investigaciones realizadas por los grupos de Regina. La información detallada de Regina-UNAM puede consultarse en la dirección de internet www.nano.unam.mx. Posteriormente, las autoridades de la UNAM crearon el Proyecto Universitario de Nanotecnología Ambiental (Punta) que comenzó en el 2005. Posteriormente, otras universidades, como la UAM y el IPN también organizaron redes institucionales, casi al mismo tiempo en que se creó la División de Nanociencia y Nanotecnología (Dinano) de la Sociedad Mexicana de Física. Finalmente en 2008, el Conacyt creó las redes temáticas, siendo una de ellas la de nanociencia y nanotecnología (http://www.nanored.org.mx/).

Han sido muchos los esfuerzos individuales, institucionales y gubernamentales que se han efectuado alrededor de la nanociencia y la nanotecnología en México, en donde se puede comprobar que varios centros y universidades que antes no cultivaban esta disciplina ahora lo hacen. Sin embargo, el carácter multidisciplinario de la nanociencia y la nanotecnología, cada vez más demandante en cada una de sus etapas, no se ha hecho patente en México, por lo que nos hemos quedado estancados en la primera etapa y poco hemos avanzado en la segunda y mucho menos en la tercera. Mas allá de la escasa inversión en ciencia, existen otras barreras que impiden a México ser líder en nanotecnología, a pesar de contar con grupos de investigadores altamente calificados en fabricación, caracterización y teoría de modelación de nanomateriales. Algunas de estas barreras son la falta de un liderazgo claro que identifique los principales problemas de nanotecnología que México podría abordar, aunado al desaliento por parte de los sistemas de evaluación científica del trabajo multidisciplinario. La forma de hacer ciencia ha cambiado durante los últimos 20 años, por lo que hoy es un reto reformar los parámetros de evaluación, tanto del Sistema Nacional de Investigadores como los de las universidades, a fin de promover el contacto entre grupos de científicos que permita identificar los liderazgos y los llamados nichos de oportunidad.

^*Instituto de Física, UNAM.[regresar]

LA NUEVA BIOLOGÍA
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LA BIOLOGÍA DEL SIGLO XXI

Rosaura Ruiz Gutiérrez^*

Cada centuria tiene una disciplina del saber que impulsa una gran revolución social. La química y la física han sido las protagonistas de los dos siglos que nos han precedido. Ahora toca el turno a la biología. De la mano de los genes y el genoma, las ciencias de la vida son uno de los grandes motores del cambio que estamos viviendo.

Lo interesante de hablar de la biología del siglo XXI es que ésta se encuentra de lleno en su proceso de construcción. Se podría decir, de manera un tanto reduccionista, que la biología, tal y como la entendemos actualmente, no existía en el siglo XIX y que, en ese sentido, es un invento del siglo XX. El reto para los biólogos en la actualidad es explorar lo que se puede hacer en el siglo XXI desde esta ciencia y encaminar de manera responsable los pasos que la lleven a la plenitud de su madurez. En este siglo que apenas comienza se demostrará lo mucho que a la biología le falta por descubrir y se constatará que, más allá de que con lo conocido hasta ahora se ha hecho y avanzado bastante, en el futuro próximo los horizontes de acción de la biología se dilatarán exponencialmente y la influencia de sus conocimientos, avances y descubrimientos será una que tal vez hoy ni siquiera sospechamos.

Son varios los temas y objetos de estudio tratados por la biología contemporánea que despiertan el interés público y que han generado vivos debates tanto dentro de la biología como desde otras disciplinas. (De hecho, aquí ya podemos vislumbrar una de las principales particularidades de la biología hoy en día: su carácter transdisciplinario y su necesidad de dialogar y colaborar en sus desarrollos e investigaciones con otras ciencias y áreas del conocimiento, pues gran parte de su campo de estudio se encuentra en áreas fronterizas hasta hace poco inéditas y desatendidas.) Uno de estos temas es el referente a los alimentos transgénicos, sobre los que cabría señalar no se ha llegado a un consenso sobre las ventajas y desventajas que tiene el desarrollarlos y utilizarlos. Aquí se evidencia que uno de los problemas que la biología ha de enfrentar y superar de inicio es la necesidad de fortalecer y promover la divulgación científica, ya que la mayoría de las personas, sobre todo las que tienen la responsabilidad de tomar decisiones y generar políticas públicas, no poseen una opinión lo suficientemente documentada ni la información pertinente sobre los distintos temas y avances científicos de nuestra época. Lo anterior ha generado tanto prejuicios y suspicacias por parte de algunos, como intentos de influenciar al público con información tendenciosa a favor de particulares, tal es el caso de los alimentos transgénicos, desarrollados y promovidos por empresas privadas que principalmente responden a finalidades comerciales y que nada tienen que ver con una intención real de beneficiar a las mayorías o, por ejemplo, con combatir la hambruna en el planeta. Sin embargo, esto no excluye el que podamos vislumbrar los muy interesantes y diversos caminos por los que los alimentos biotecnológicos o genéticamente modificados pueden beneficiar a la humanidad, pero sin perder de vista, claro está, las problemáticas bioéticas, políticas, culturales y sociales que su utilización indiscriminada pueden acarrear.

Otro objeto de estudio de gran interés en la biología de este siglo y en el que apenas nos encontramos en sus albores es el referente al genoma humano; no obstante, en este caso las opiniones también son muy diversas. Sydney Brenner (Premio Nobel de Medicina de 2002) dijo en una ocasión que “el genoma humano no es más que la guía de teléfonos de una ciudad” y que, siguiendo esta metáfora, no se puede pretender conocer una ciudad a plenitud contando tan sólo con esta guía. Lo anterior, sin demeritar los enormes avances que se han dado en el estudio del genoma humano, hace énfasis en que la biología y los científicos en general hemos de mantener la mesura y reforzar el trabajo en esta área, puesto que apenas se ha comenzado a andar por estos senderos, así como en señalar lo mucho que aún falta por hacerse; como por ejemplo, el explicarnos detalladamente y entender la relación que el genoma guarda con la persona, así como entender las relaciones entre las células y el organismo, pues aquí podemos ver uno de los grandes retos de la genética y de la biología del siglo XXI.

La clonación o la investigación con células madre (troncales o estaminales) son otras áreas que han despertado enorme interés, ríspidos debates y en los que aún nos encontramos en sus albores. Aquí es necesario, aparte de seguir explorando y de contemplar las implicaciones éticas que ambas conllevan, hacer una tarea de desmitificación, pues son muy extendidas las opiniones desinformadas; por ejemplo, la falsa idea de que al clonarse algo se tiene una copia idéntica del original, cuando en realidad no es así. Pensemos en las primeras terneras clonadas en Nueva Zelanda que a pesar de tener el mismo genotipo presentaron patrones de manchas diferentes, en este sentido cabría señalar que un clon no es más que un mellizo. Así pues, podemos entender que los genes sólo crean posibilidades que luego se modelan de muy diversas maneras y que aún hay mucha investigación, divulgación y reflexión filosófica que la ciencia de este siglo debe hacer en esta área en particular.

Actualmente hay un uso extendido de técnicas propias de la biología sintética que son realmente interesantes y de enorme importancia debido a la utilidad y trascendencia de sus innovaciones y desarrollos. La diversidad de áreas en que se está trabajando desde la biología sintética va desde la biomedicina, la ingeniería de biomateriales, la nanotecnología hasta la energética, y al ver estas aplicaciones nos podemos explicar el porqué de las enormes expectativas que se tienen de ésta al empezar el siglo. Pensemos en los grandísimos beneficios que nos puede traer el desarrollo de fármacos inteligentes, la medicina personalizada, la terapia génica, la reparación y regeneración de tejidos, la reprogramación celular o el procesamiento de biomasa como fuente de combustibles, entre muchas otras posibilidades.

Por otra parte, no podemos dejar de lado una problemática que ha surgido en los últimos tiempos, esto es: la distorsión que introduce la investigación con intereses en un rendimiento económico inmediato en uno de los primordiales objetivos de la ciencia: la profundización de los conocimientos al servicio de la Humanidad. La financiación privada de investigaciones orientadas a la obtención de patentes para su comercialización conduce a nuevos peligros potenciales. No es ningún secreto que los científicos necesitan dinero para investigar y desarrollar innovaciones, pero esto muchas veces puede medrar en un aspecto de trascendental importancia: la honestidad científica. Ha habido casos en los que algunos científicos falsean los resultados de sus investigaciones para conseguir financiamiento (un caso paradigmático es el de Woo Suk Hwang, el coreano que falsificó los resultados sobre sus investigaciones de clonación de embriones humanos). Un episodio de fraude en el ámbito científico puede ser devastador en muchos sentidos debido a su potencialidad de poner en duda los avances de investigaciones sobre un tema en todo el mundo. Es por ello que considero que otro de los retos de la biología del siglo XXI es, por un lado, romper la divergencia entre lo mediático y la ciencia, y, por otro, generar las bases que aseguren un comportamiento ético, responsable y honesto en toda investigación científica.

Hace 40 años el humano biónico era un personaje de la ciencia ficción, hoy se trata de un hecho científico. Nuevas tecnologías que intervienen en el cerebro construyen capacidades sobrehumanas y permiten a los usuarios operar armas o sillas de ruedas con el poder del pensamiento; están ya en el mercado o en desarrollo. Se ha mostrado que electrodos implantados en lo profundo del cerebro de los pacientes estabilizan los movimientos temblorosos de la enfermedad de Parkinson. Asimismo, se ha demostrado que un cable eléctrico enredado en un casco o adosado a la cabeza con una banda que aplica impulsos eléctricos al cerebro alivia los síntomas de la depresión severa y eleva el desempeño mental en adultos jóvenes; a este dispositivo que utiliza una tecnología llamada estimulación magnética transcraneal y que ya se encuentra a la venta al público en general, se le conoce como “casco de la creatividad”. Pero el rápido avance de estas investigaciones y desarrollos tecnológicos suscita graves y justificadas preocupaciones.

Como podemos ver, los retos y perspectivas de la biología del siglo XXI son enormes, complejos y muy esperanzadores. Mas no debemos perder de vista que la biología (y la ciencia toda) de este siglo no ha de concebirse sin una profunda base bioética que la encauce hacia objetivos humanistas y que dote a los científicos de principios y valores irrenunciables como la responsabilidad, la honestidad y la búsqueda de generar conocimientos e innovaciones que reditúen en beneficio de la humanidad, sin dañar o destruir a nuestra casa planetaria ni a la diversidad de la vida que lo engrandece.

Es en verdad estimulante que estemos en una situación no muy alejada a la de los inicios de la ciencia, en la que una de las preguntas centrales era: ¿Cuáles son los límites del conocimiento? Hoy sabemos que éstos se expanden conforme más avanzamos, y que es indispensable el comprometernos éticamente en nuestra búsqueda de nuevos saberes, en el desarrollo de nuestras investigaciones y en el uso que le demos a nuestros descubrimientos e innovaciones. Hay que ser audaces, sí, pero siempre con un compromiso ético y desde una postura responsable que contemple que nuestro quehacer puede y debe buscar la sustentabilidad, salvaguardar la vida planetaria y los recursos naturales no renovables; asegurarle a las generaciones futuras un medio libre de los riesgos creados por nosotros mismos y que aún estamos a tiempo de disipar, y trabajar en beneficio de la humanidad al resolver las problemáticas más graves que pueden tener consecuencias catastróficas e incluso amenazan nuestra supervivencia como especie.

^*Instituto de Física, UNAM.[regresar]

DE LA CLONACIÓN MOLECULAR A LA CLONACIÓN DE ANIMALES (REPROGRAMACIÓN GENÓMICA PARA LA TERAPIA CELULAR)

Luis Covarrubias^*

CLONACIÓN MOLECULAR (ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLÉICO, ADN)

El término clonación se ha utilizado en biología para referirse a organismos genéticamente idénticos (clones). Se aplicó, acorde a este concepto, en la tecnología para la amplificación de fragmentos de ácidos nucleicos (ADN y ARN) en una bacteria, desarrollada en la década de los setenta. En la clonación molecular de ADN, un clon es una bacteria que, además de su genoma, replica un adn exógeno específico por medio de un vector (e. g., plásmido). Sin lugar a dudas, la clonación de fragmentos de ácidos nucleicos fue uno de los grandes logros del siglo XX y base de lo que ahora conocemos como ingeniería genética.

Proyectos de gran envergadura derivaron de este desarrollo; por ejemplo, la clonación fragmentada del genoma humano en bacterias hizo posible conocer su secuencia nucleotídica, es decir, la información codificada de los componentes funcionales que dan al ser humano sus características. Procedimientos de secuenciación (nucleotídica) cada vez más eficientes están generando información del genoma de otros organismos en tiempo y costo muy inferiores a los que se requirieron para el genoma humano; sin embargo, el reto actual no es determinar más secuencias nucleotídicas sino decodificar esa información en forma comprensible para que cada gen se pueda asociar con una función específica en el desarrollo y fisiología de los organismos, en especial del humano. En este sentido y como un fruto de la ingeniería genética, ahora es posible manipular el genoma de muchos organismos, tanto de plantas como de animales. Destaca el ratón, no sólo por la extraordinaria versatilidad que existe para modificar su genoma, sino porque los hallazgos encontrados en esta especie, consecuencia de alteraciones en genes específicos, tienen implicaciones directas en el entendimiento de la biología del humano y, en especial, la asociada con enfermedades.

La biología molecular de vanguardia depende frecuentemente de las manipulaciones genéticas como medio para revelar los mecanismos moleculares que sustentan la vida de las células y los organismos, pero la clonación de adn también se ha orientado a producir proteínas de utilidad terapéutica de una manera sencilla y económica, o generar plantas y animales transgénicos con ventajas agropecuarias, o derivar procedimientos de aplicación médica directa como es la incipiente terapia génica.

CLONACIÓN DE ANIMALES (MAMIFEROS)

En el ocaso del siglo XX (1997), el término clonación regresó a los encabezados de los artículos científicos y periódicos en general, en un ámbito distinto del anterior y como resultado del nacimiento de la oveja Dolly, la primera oveja clonada. En el laboratorio del doctor Ian Wilmut se derivó a Dolly partiendo del núcleo (donde se encuentra el genoma) de una célula especializada, y su incorporación a un ovocito sin material genético (transferencia nuclear); aquí el clon es genéticamente idéntico al donador de la célula especializada. Este hallazgo impactó simultáneamente a la ciencia, la biotecnología y la bioética, presentando panoramas contrastantes que perturbaron conceptos fundamentales. La clonación por transferencia nuclear hace evidente que el genoma de una célula especializada no está irreversiblemente diferenciado del de sus células precursoras y, por tanto, puede ser reprogramado hasta el estado más basal, presente en el huevo poco después de la fertilización. Debe reconocerse que aproximadamente 40 años antes de este trascendente acontecimiento no había evidencia contundente que indicara que no hay alteraciones estructurales en el adn durante la diferenciación celular que acompaña la formación de un organismo, y ya en la década de los años sesenta el doctor John Gurdon había demostrado, también mediante transferencia nuclear en un sapo, que el núcleo de una célula diferenciada era capaz de derivar a todos los tipos celulares que constituye el organismo adulto. Entonces, ¿por qué sorprendió la clonación de una oveja? Después de la primera clonación por transferencia nuclear realizada por el doctor Gurdon, muchos grupos intentaron clonar mamíferos sin alcanzar un éxito equivalente al del sapo, llevando inclusive a algunos investigadores a pensar que era imposible y que más bien la clonación de animales por transferencia nuclear era una peculiaridad de los anfibios. Sin embargo, después de la clonación de la oveja Dolly renació el interés en la clonación de mamíferos por transferencia de núcleos de células diferenciadas y, en poco tiempo, se llegó a la conclusión de que sí es posible pero a muy baja eficiencia (menos de 1%). El ratón fue el principal modelo para consolidar esta conclusión abriendo una puerta con nuevos retos para el siglo XXI.

BENEFICIOS Y RIESGOS LATENTES DE LA CLONACIÓN POR TRANSFERENCIA NUCLEAR

La similitud en el proceso de desarrollo entre las diferentes especies de mamíferos permite estimar que todas podrían clonarse por transferencia nuclear, lo que poco a poco se ha ido confirmando. Desde el punto de vista pecuario, la posibilidad de tener clones es invaluable pues, en principio, sería un medio para producir animales con características genéticas idénticas, lo que se reflejaría en la calidad y rendimiento del producto animal (e. g., leche, lana, carne). También pudiera ser valioso para la conservación de especies de mamíferos en riesgo de extinción. En este contexto, un reto para el siglo XXI será incrementar la eficiencia de la clonación, pues la actual depende de una gran cantidad de ovocitos, haciendo el procedimiento inviable en la práctica. Otro aspecto que debe considerarse es la salud del animal clonado; indicios provenientes de ratones clonados, algunos respaldados por observaciones en la oveja Dolly, sugieren que puede haber envejecimiento prematuro y susceptibilidad a desarrollar ciertas enfermedades. Por lo tanto, la aplicabilidad pecuaria de la clonación requerirá contender con este problema aún poco estudiado.

La clonación que dio lugar a la oveja Dolly trajo rápidamente la fantasía a la realidad: la clonación de seres humanos. Ya en la época de los experimentos de Gurdon en el sapo, y como consecuencia de los intentos por clonar mamíferos, hubo historias con poco sustento que hablaban de humanos clonados. Ahora es innegable que hay suficiente evidencia para pensar que es posible clonar humanos y, por tanto, todas las preocupaciones éticas que derivan de ello deben considerarse y analizarse. Hay consenso a nivel científico y entre organizaciones internacionales como la onu de que la producción de humanos clonados (clonación reproductiva) es éticamente inaceptable y reprobable; muchos países ya incluyen en sus leyes la prohibición de la clonación de seres humanos. No hay consenso, sin embargo, en la clonación de embriones humanos con fines terapéuticos, donde se pretende que el embrión preimplantación sirva de fuente de células troncales (transferencia nuclear terapéutica; véase abajo). En este último caso, el debate ético se centra en el uso de embriones humanos y el principio de la vida humana. No obstante lo anterior, es importante resaltar que hasta ahora no hay evidencia conclusiva que indique que se ha desarrollado un procedimiento para la clonación de embriones humanos, a pesar de los intentos que se han hecho.

LA CLONACIÓN Y LAS CÉLULAS TRONCALES

El estudio de las células troncales (también llamadas células madre) se llevó a cabo durante casi toda la segunda mitad del siglo XX, pero el interés se incrementó particularmente en las últimas dos décadas. La biología del desarrollo marcó la pauta de la investigación, mas los estudios sistemáticos se trastocaron por su posible aplicación en la medicina (terapia celular). En particular, las células troncales pluripotentes, derivadas de embriones de ratón, mostraron contundentemente ser fáciles de expandir y mantener en cultivo, y capaces de derivar todos los tipos celulares del organismo adulto, incluyendo componentes de la línea germinal.

También causan debate desde finales del siglo XX los métodos establecidos en varios laboratorios para derivar células troncales pluripotentes a partir de embriones humanos preimplantación. Como en principio, las células troncales pluripotentes sólo existen en el embrión preimplantación, la clonación de embriones humanos puede ser un medio para derivar células troncales pluripotentes con características genéticas idénticas a las del individuo donador del núcleo transferido. Sin embargo, debe notarse que el procedimiento de clonación por transferencia nuclear requiere de un ovocito receptor, por lo que es evidente que la donación de ovocitos representa una limitante ineludible para su aplicación, sobre todo considerando la baja eficiencia esperada para generar embriones humanos clonados. Entonces, si bien la transferencia nuclear terapéutica es teóricamente viable, su factibilidad es baja dados los requerimientos para su ejecución y los aspectos éticos que la acompañan.

REPROGRAMACIÓN GENÓMICA

Las aplicaciones potenciales de la clonación y de las células troncales en la medicina estaban en pleno auge en la transición del siglo XX al siglo XXI cuando (2006), inesperadamente, un grupo japonés encabezado por el doctor Shinya Yamanaka logró reprogramar células diferenciadas hacia células troncales pluripotentes mediante la incorporación de cuatro genes que codifican para factores de transcripción (i. e., proteínas que regulan la actividad de los genes). A estas células se les llamó células troncales pluripotentes inducidas o IPSC por sus siglas en inglés (induced pluripotent stem cells), y se han podido derivar no sólo de ratones, sino de humanos bajo los mismos principios básicos y eficiencias similares. Así, ahora es posible derivar células troncales pluripotentes humanas de un individuo (e. g., paciente) sin la necesidad de embriones, eliminando el debate sobre su uso con propósitos terapéuticos. Este simple descubrimiento ha abierto muchas vertientes en cuanto a sus aplicaciones, especialmente en el campo de la medicina, de las cuales la más importante se ha enfocado en la búsqueda de un protocolo que permita derivar IPSC sin la incorporación permanente de un gen exógeno. Avances importantes se han dado en años recientes, entre los que destaca el uso de compuestos químicos para inducir una reprogramación similar a la promovida por los factores de transcripción. Por otro lado, la derivación de ipsc ha estimulado también el establecimiento de estrategias para inducir transdiferenciación, es decir, la conversión de un tipo celular a otro, también mediada por factores de transcripción.

RETOS DEL SIGLO XXI

En los albores del siglo XXI, la reprogramación genómica deja un campo fértil para la investigación básica y aplicada. La epigenética, área que estudia la regulación de los genes sin cambios en su estructura (i. e., secuencia nucleotídica), ha salido fortalecida y su influencia en el entendimiento de los mecanismos moleculares asociados al desarrollo embrionario y al desarrollo de enfermedades se hará más enfática en el presente siglo. La reprogramación genómica también se vuelve un medio para estudiar redes de interacción génica, cuya estabilidad es la base del proceso de diferenciación celular, y perturbaciones en ellas pueden provocar una amplia variedad de enfermedades. Pero el reto mayor del siglo XXI será convertir la reprogramación genómica en una herramienta para el desarrollo de la medicina regenerativa. La medicina regenerativa pretende curar enfermedades, en especial las degenerativas (e. g., enfermedad de Parkinson, enfermedad de Alzheimer, padecimientos cardiovasculares, diabetes y las afecciones asociadas), mediante el remplazo celular, para lo cual es necesario contar con una fuente de células adecuada para trasplantar a los pacientes. Esto por supuesto requerirá afinar los procedimientos de generación de ipsc (o métodos de expansión de otros tipos de células troncales), pero la limitante fundamental es cómo, a partir de células troncales, derivar eficientemente en un plato de cultivo el tipo celular requerido por el paciente. Es decir, definitivamente las ipsc tienen el potencial, pero los requerimientos para la diferenciación específica no se han identificado con el suficiente detalle para su utilización efectiva.

El entusiasmo en la medicina regenerativa es tal que un problema de este siglo será contender con las malas prácticas médicas que, en forma prematura, empiezan a utilizar las células troncales sin el sustento científico que respalde sus propiedades curativas. En el camino hacia la regeneración de tejidos parece que el futuro nos alcanzó, y lo que parecía ficción o se vislumbraba muy lejano, ahora se percibe real y promisorio. México no debe ser ajeno a los retos por venir en este campo, sino que debe incorporarse a los avances científicotecnológicos y prepararse para ofrecer a su población terapia celular de primer nivel. No deberá sorprendernos que para finales de siglo XXI la medicina regenerativa sea básica para el tratamiento de multitud de enfermedades asociadas al imperante crecimiento de la población vieja.

Nota: trabajo relacionado al presente texto es apoyado por Conacyt-131031.

^*Sistema Nacional de Investigadores, nivel III.[regresar]

BIOTECNOLOGÍA DE RECURSOS AUTÓCTONOS. POTENCIAL ALIMENTARIO Y NUTRACÉUTICO

Luis Covarrubias^*

ANTECEDENTES

Remontarnos a la época anterior a la llegada de los españoles a Mesoamérica tiene sin duda su magia y misterio. Sin embargo, un aspecto que tuvo y sigue teniendo especial importancia son los alimentos y bebidas que se producían y consumían. Toda una riqueza culinaria y nutricional que en cierta medida se sigue manteniendo gracias a que sólo en esta parte del mundo se pueden obtener las materias primas para su elaboración. A ello hay que agregar la forma de preparar y conservar los alimentos, que es lo que ha dado el toque único gastronómico.

Hasta la fecha no está completamente claro cómo se desarrollaron o descubrieron algunos procesos, como el de la nixtamalización, entre otros. Muchos de los alimentos y bebidas legados por nuestros antepasados fueron posibles gracias a las materias primas autóctonas de nuestra región, producto de todo un abanico de climas y accidentes orográficos que generan una de las biodiversidades más ricas del planeta.

Esa riqueza gastronómica ha rebasado nuestras fronteras. Materias primas como el huitlacoche —que no era utilizado y que en otras latitudes del mundo era considerado como perjudicial para los cultivos de maíz, pero que los antiguos pobladores de Mesoamérica pudieron aprovechar y consumir— hoy en día son un componente de la alta cocina en lugares selectos del mundo.

Bebidas como el pulque —del cual no se conoce cómo comenzó a elaborarse, pero los aztecas lo consideraban la bebida de los dioses y era consumido en ceremonias religiosas y festividades— siguen siendo productos populares en ciertas regiones, aunque su triste desaparición parece inminente. En cualquier caso, el consumo de esta bebida en las comunidades rurales estuvo y ha estado asociado con un buen estado de salud y se considera un acompañante obligatorio en las festividades sociales y religiosas.

SOBREPESO Y OBESIDAD

En este trabajo trataremos de introducir al lector en algunos de los muchos alimentos tradicionales indígenas de Mesoamérica, destacando sus aspectos nutricionales y nutracéuticos, características altamente relevantes en la actualidad.

La nutrición siempre ha estado ligada al desarrollo de las culturas y los pueblos; una mala nutrición genera necesariamente subdesarrollo. Las sociedades primero tienen que satisfacer las necesidades más básicas para emplearse adecuadamente en actividades productivas. Se pensaría que en pleno siglo XXI no deberían existir problemas de nutrición gracias a los grandes avances tecnológicos actuales; esta suposición está muy lejos de la realidad.

En términos generales se pueden considerar los problemas de nutrición desde dos puntos de vista: en primer lugar, las sociedades que no cuentan con los recursos económicos o agronómicos o climáticos no tienen alimentos para satisfacer una alimentación adecuada.

Por otro lado, las sociedades que cuentan con la riqueza económica, y en diversos casos también con los recursos naturales, pero que debido a los avances tecnológicos consumen gran cantidad de alimentos considerados como “basura”, presentan frecuentemente problemas de obesidad y mala nutrición. Por eso, una de las tendencias actuales es regresar a los alimentos mínimamente procesados, o sea, alimentos que conserven sus características “naturales”. Se estima también que en virtud de que los primeros pobladores del planeta tenían que recorrer grandes distancias y efectuar esfuerzos importantes para satisfacer sus necesidades alimenticias, ocurrió una adaptación genética en sus organismos que les permitía almacenar nutrientes y calorías para las épocas de escasez. Esta misma adaptación genética ha generado en los seres humanos actuales —a los que la dieta de hoy en buena proporción les suministra excesos calóricos— una tendencia sobresaliente a la obesidad.

El desarrollo tecnológico y el ritmo acelerado de vida han hecho que cada vez más se recurra a los alimentos industrializados, en los que se ha minimizado la importancia nutricional, nutracéutica y calórica, lo que ha venido a ocasionar un buen número de malestares e incluso enfermedades. Por todo ello, la alimentación del siglo XXI tiene que seguir patrones diferentes; tiene que nutrir y suministrar ingredientes nutracéuticos, y con los avances científicos de este siglo las dietas habrán de estar planeadas a la medida de las características genómicas de cada individuo.

Debido a la gran biodiversidad de la región mesoamericana, hay una cantidad notable de plantas que han sido tradicionalmente utilizadas para su consumo como alimento y para la prevención o cura de ciertas enfermedades. Muchas de estas plantas autóctonas no han sido estudiadas adecuadamente y sólo se sabe, por la transmisión de conocimiento de una generación a otra, de su poder nutricional o curativo, lo cual ha contribuido a que no se tenga un mejor aprovechamiento o aplicación de dichos materiales.

Plantas como el nopal y su tuna, el frijol criollo y silvestre, el grano de amaranto y su planta o productos derivados de ellas, abren un panorama amplio de estudio desde varias vertientes, como las tecnologías para la elaboración de alimentos mínimamente procesados y que puedan tener una vida media o de almacenamiento más prolongada, con la idea de expandir su mercado de consumo.

El desarrollo y adaptación de tecnologías para la preservación y uso racional de estos recursos alimenticios y medicinales son algunos de los imperativos de la sociedad de hoy y mañana. Si se consultan las estadísticas de los países económicamente desarrollados, se podrá observar que uno de los problemas actuales es el sobrepeso y la obesidad, términos que no deben de confundirse o tomarse como sinónimos, ya que el sobrepeso precede a la obesidad.

Ésta obedece, por un lado, a factores genéticos —puesto que hay razas de personas que tienen mayor propensión a este problema—, pero, por otro lado, la causa también radica en los hábitos alimenticios y en el sedentarismo característico de la sociedad actual.

La industrialización y comercialización masiva de alimentos y bebidas pobres en nutrientes, pero ricos en azúcares y ácidos grasos poco deseables y de fácil digestibilidad, y con índices glicémicos elevados, están dando como resultado en forma alarmante una sociedad de obesos. Hasta hace pocos años este comportamiento correspondía casi exclusivamente a los países ricos.

En la actualidad, el fenómeno se extiende y acrecienta también en los países con menor bienestar social; y México y América Latina no son la excepción. Se sabe que más de la tercera parte de los niños en la República Popular China tiene sobrepeso u obesidad.

En México se deben tomar medidas importantes en diversos actores de la sociedad, incluido el sector industrial, para por lo menos atenuar el problema de obesidad. En países como Estados Unidos, la tendencia indeseable previa es alarmante y se debe al ritmo acelerado de vida, y a los patrones equivocados de una industria alimentaria que genera crecientemente productos muy atractivos en términos de sabor y otras características sensoriales, pero ricos en carbohidratos y grasas poco recomendables; industria muy exitosa comercialmente, pero socialmente poco responsable. Y estos patrones se han extendido al resto del mundo.

Como se mencionó antes, la obesidad es la epidemia del siglo XXI, ya que muchas personas fallecen por las complicaciones o problemas generados por ésta. La obesidad trae consigo problemas cardiovasculares debido a que con una mayor masa corporal, el corazón necesita bombear mayor cantidad de sangre y se sobrepasa su capacidad.

Además de la acumulación de grasa en los tejidos y en el torrente sanguíneo, lo que hace que se deposite grasa en las arterias provocando la formación de coágulos o trombos que ocasionan la muerte, la obesidad también puede aumentar la presión arterial y muchos de los decesos se deben a este problema, sin dejar de lado los estados depresivos y de subestima en los que caen las personas obesas. Los sistemas de salud pública gastan anualmente mayores recursos económicos para combatir los efectos de los problemas generados por la obesidad que por otras enfermedades.

ALGUNOS ALIMENTOS AUTÓCTONOS

Es necesario tener una sociedad más informada y consciente que recurra a dietas más apropiadas y al ejercicio diario. La industria alimentaria debe cambiar las características de los alimentos y bebidas y establecer compromisos con su sociedad.

Se deben emplear más frecuentemente productos derivados de plantas que además de nutrir tengan la función de curar, sobre todo porque muchos de ellos aportan bajos contenidos de calorías y porque tienen niveles y características proteínicas adecuadas, entre otras; por ello, no es necesario recurrir tan asiduamente a proteínas de origen animal, especialmente aquellas provenientes de carnes rojas, que colateralmente aportan grasas de su mismo origen que resultan en problemas de colesterol sanguíneo, entre otros.

La tradición de muchas de nuestras comunidades de consumir alimentos autóctonos también está siendo influida por el mundo globalizado en que estamos inmersos; así, cada día es más frecuente el consumo de alimentos “basura”, que además de no nutrir ocasionan los efectos señalados antes. Por ello cobra especial importancia el redescubrimiento de los alimentos nutricionales y nutracéuticos que emplearon nuestros antepasados mesoamericanos para preservarlos e insertarlos o, en su caso, reinsertarlos, en la dieta actual.

Maíz y frijol

El maíz está asociado a nuestras grandes tradiciones milenarias; y la sapiencia de nuestras culturas indígenas con el empleo del nixtamal, y sus enormes beneficios nutricionales y nutracéuticos, no tiene equivalente en el mundo. El dicho popular “sin maíz no hay país” tiene un notable sustento científico alimentario, amén del social y religioso. Como se sabe, Sinaloa es el principal productor nacional de maíz; plausible logro reciente de agricultores y campesinos convencidos del insumo denominado innovación científica y tecnológica. Una de cada tres tortillas tiene origen en ese estado, pero en virtud de la estructura productiva maicera nacional se requiere de importaciones de Estados Unidos para satisfacer la demanda. Parece que afortunadamente la fiebre del etanol de maíz y de caña de azúcar que ha provocado escasez y ha aumentado la vulnerabilidad ya ha pasado.

En buena parte de América Latina, el cultivo del frijol, junto con el del maíz, representa toda una tradición productiva y de consumo que cumple diversas funciones de carácter alimentario y socioeconómico que le han permitido trascender hasta la actualidad. Su presencia a lo largo de la historia lo han convertido no sólo en un alimento tradicional, sino también en un aspecto de identificación cultural. Se trata de uno de los cultivos de mayor importancia, ya que representa para la economía de los productores una fuente importante de ocupación e ingreso, a la vez que es una garantía de seguridad alimentaria. Asimismo, su consumo es generalizado entre la población de ingresos bajos, medios y hasta superiores. Por esto, la importancia de este grano en la dieta actual del país sigue siendo fundamental. En el ámbito mundial, México se encuentra entre los cinco principales productores de frijol conjuntamente con la India, Brasil, China y Estados Unidos, países que en total aportan 63% de la producción mundial. México contribuye con 7%, en promedio, de las cosechas mundiales.

Como está bien documentado por trabajos de grupos de investigación en el mundo, el maíz es deficiente en aminoácidos esenciales como lisina y triptófano, los cuales se encuentran en buena proporción en el frijol. Aunque nuestros antepasados no sabían de ello, practicaban el consumo de estos dos granos en forma conjunta. A pesar de lo anterior, la mayoría de los estudios realizados sobre el maíz y el frijol se han llevado a cabo considerando los aspectos nutricionales de cada uno por separado.

Amaranto

El potencial del grano de amaranto como alimento fue reconocido por las culturas ancestrales de América; los nahuas y los incas lo usaron comúnmente, hasta que fue reemplazado por otros granos, como el maíz y el frijol, después de la conquista española, por razones que hasta la actualidad quizá no están bien documentadas, aunque parece ser que los aspectos religiosos desempeñaron un papel importante en tal determinación. A la fecha, un buen número de pequeños agricultores en el mundo se dedican al cultivo del amaranto, especialmente para utilizarlo como una planta de ornato. Sin embargo, en los últimos años se ha reactivado el interés mundial por este alimento olvidado.

Cactáceas

Las cactáceas son autóctonas del continente americano, y México es considerado un centro de biodiversidad por excelencia. Nuestros antepasados las llamaron nopalli y nochtli, y las usaron en alimentación, medicina, religión, magia y política; el escudo de la gran Tenochtitlan ostentaba un nopal, como la bandera mexicana actual. La fascinación por las cactáceas ya existía en los pueblos mesoamericanos; los jardines de Nezahualcóyotl tenían colecciones muy ricas.

Existen pruebas de que los nopales tuneros fueron cultivados 500 años a. C. en las zonas semiáridas de Mesoamérica, y especialmente en Tehuacán; en México, la mayor diversidad se encuentra en las planicies del norte y centro, y muchos consideran que las zonas semiáridas son su lugar de origen. Los conquistadores los llevaron a Europa, y su cultivo y naturalización en España e Italia data de mediados del siglo XVI, y desde ahí se distribuyeron a muchas regiones del mundo.

Chile

El chile —junto con el maíz y el frijol— fue básico en la alimentación de las culturas de Mesoamérica, que es considerada su lugar de origen y domesticación. El chile fue llevado de América a Europa y después a Asia y África, siendo hoy en día un cultivo mundial. En la actualidad, la diversidad de formas, tamaños y los diferentes sabores picantes de estos frutos ofrecen la posibilidad de saborear deliciosos platillos como los chiles rellenos, los diferentes tipos de moles, así como la gran diversidad de salsas utilizadas para acompañar los tradicionales y no tradicionales alimentos y bocadillos actuales. En muchos guisados sencillos o complejos los chiles son ingredientes que no pueden faltar.

Tomate

Otro cultivo domesticado en México es el tomate, aunque el origen del género Lycopersicon se localiza en la región andina, que se extiende desde el sur de Colombia hasta el norte de Chile. Existen reportes de que en el siglo XVI se consumían en México tomates de diversas formas y tamaños, de colores rojos y amarillos. De aquí fue llevado por los españoles a Europa, donde se extendió su cultivo por Italia y otros países mediterráneos. El tomate es la hortaliza más difundida en todo el mundo y la de mayor valor económico, ya que es muy difícil preparar un platillo sin el uso del tomate. En cuanto a su producción, México ocupa el décimo lugar en el ámbito mundial, con un promedio de 2.2 millones de toneladas. El consumo del tomate en México es muy variado; se utiliza en forma fresca para la preparación de ensaladas, diversos platillos y principalmente para la elaboración de salsas, que forman parte importante de la alimentación cotidiana de los mexicanos.

Aguacate

El aguacate es un árbol originario de México que después se difundió hacia las Antillas, a países como Cuba, donde al fruto se le conoce como “pagua”; a Sudamérica, donde en Venezuela se le conoce como “cura”; y a Perú, donde se le denomina “palta”. El árbol pertenece a la familia de las lauráceas y su nombre científico es Persea americana; es extremadamente vigoroso (con un tronco ancho), pudiendo alcanzar hasta 30 metros de altura. Se pueden encontrar árboles de aguacate desde el nivel del mar hasta los 2 500 metros; sin embargo, para tener mejor rendimiento y calidad del fruto se recomienda su cultivo en altitudes entre 800 y 2 500 metros; esto con la finalidad de evitar enfermedades de las raíces. La temperatura y la precipitación son los dos factores de mayor importancia en el desarrollo del cultivo.

Cacao

El árbol del cacao pertenece a la familia de las esterculiáceas, y su nombre científico es Theobroma cacao L.; crece en los trópicos húmedos de América, noroeste de América del Sur y zona amazónica, aunque su cultivo se ha extendido a otras zonas tropicales del mundo, como la isla de Java y África Occidental. El cacao ya era conocido en México cuando, en 1520, desembarcaron los españoles. Se utilizaba en forma de chocolate. Según los antiguos pobladores de México, el árbol tenía origen divino y las semillas cayeron del cielo (en griego, theos significa dios, y broma alimento). Aztecas y toltecas cultivaban los árboles de cacao para elaborar un producto precursor del chocolate. Los granos eran extraídos, lavados y depositados en una superficie de arcilla roja; ya secados al sol y endurecidos adquirían un enorme valor, que duraba tres años, tiempo del poder nutricional del grano. Hernán Cortés, a su paso por lo que ahora es el estado de Tabasco, probó el xocolatl, bebida exótica preparada con especias, granos de cacao y chile. Más tarde, los frailes modificaron el xocolatl, haciéndolo dulce, perfumado y caliente, y le añadieron canela o vainilla; así fue conocido y adoptado por las cortes españolas, donde lo mezclaron con leche. Al ser llevado a Europa, el chocolate pasó a ser un producto de lujo reservado a las clases sociales altas.

Huitlacoche

En virtud de sus atributos sensoriales y nutricionales, los hongos han sido muy apreciados como parte de la dieta humana en muchas culturas; en la literatura romana abundan las referencias sobre hongos como delicadeza culinaria, y su consumo ha tenido lugar principalmente en el sureste de Asia, Europa y Mesoamérica. Actualmente se conocen cerca de 2 000 especies de hongos comestibles; sin embargo, solamente unos pocos se cultivan y se comercializan.

En México, desde la época de los aztecas se consume el huitlacoche (“suciedad dormida” o “suciedad del cuervo”). Lo que se conoce como huitlacoche son las agallas o tumores que se forman en la mazorca de maíz por la acción del hongo Ustilago maydis. Generalmente se recolecta en su forma natural y se vende en estado fresco o envasado; es un alimento popular en la zona centro y sureste de México; además, también presenta un alto valor nutricional. El huitlacoche es considerado una exquisitez culinaria y se prepara en gran diversidad de formas.

Pulque y tequila

El pulque fue en Mesoamérica lo que el vino fue para los pueblos mediterráneos. El pulque era una bebida ritual para los mexicas y otros pueblos de la región. Hay algunos jeroglíficos mayas y un mural en la pirámide de Cholula que destacan el consumo de esta bebida, que ya existía mucho antes de la llegada de los españoles a México. Era la bebida que se ofrecía en las bodas; la que se les daba a beber a los guerreros vencidos que iban a ser inmolados; la que se usaba en importantes ceremonias religiosas, entre otros usos. Estuvo tan arraigada en la cultura autóctona, que no bastaron 300 años de esfuerzos de las autoridades coloniales para eliminar su consumo, ni bastaron tampoco muchos años de esfuerzos de la sociedad independiente por desprestigiarla y tratar de sustituirla por otras bebidas obtenidas por fermentación, como la cerveza y el vino, muy altamente prestigiadas por ser originarias de los pueblos europeos, cuya cultura se ha impuesto, y que cuentan con los medios masivos de comunicación para exaltar sus virtudes y el buen gusto que implica el consumirlas y ofrecerlas.

El tequila, tradición mexicana por excelencia, es una bebida alcohólica del tipo de los mezcales que se obtiene a partir de los azúcares del agave tequilero (Agave tequilana Weber, variedad azul), así como de otros azúcares de fuentes diversas, en proporciones variables, y también exclusivamente de los azúcares del agave. Esta bebida sólo es producida en un territorio protegido por la denominación de origen que comprende todo el estado de Jalisco, y algunos municipios de Guanajuato, Michoacán, Nayarit y Tamaulipas, todas entidades federativas de la República mexicana. El tequila fue la primera bebida en el mundo con denominación de origen cuya materia prima tarda más de siete años en cultivarse. Y es claro el éxito nacional y mundial que ha alcanzado y que realza la enorme importancia de la planta y de la tecnología desarrollada por nuestros antepasados.

CONSIDERACIONES FINALES

Es más que sobresaliente el potencial alimentario, especialmente nutracéutico, y de sabores y características culinarias únicas de nuestros recursos autóctonos. Es decir, la enorme riqueza que nuestra sociedad le ha aportado al mundo, y que con cierta frecuencia nosotros mismos no sabemos valorar en su justa dimensión.

Sería muy extenso hacer un análisis caso por caso, pero una buena parte de nuestras aportaciones alimenticias y culinarias invaden las dietas y cocinas, y hasta las bebidas, de los países de todas las latitudes. Sin embargo, nuestro reto es preservar y acrecentar su identidad y presencia dentro de la sociedad actual, de todos los niveles económicos, y para los mexicanos del futuro.

^*Investigador nacional emérito SNI y Cinvestav-IPN.[regresar]