LipoBots: nanomotors més robustos per a aplicacions biomèdiques desenvolupats amb tecnologia d’encapsulació

Investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) i de l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) desenvolupen un nou tipus de nanomotors enzimàtics encapsulats.

Els denominats LipoBots, que podrien utilitzar-se en aplicacions mèdiques. Els LipoBots són capaços d’autopropulsar-se i de conservar la seva funcionalitat enzimàtica en condicions semblants a les de l’estómac humà.

Read more…

Imatges de microscòpia confocal de LipoBots (LB), que comprenen l’enzim ureasa en la superfície exterior (esquerra) o al compartiment interior (dreta).

Els nanomotors catalítics, que són nanoestructures capaces de recol·lectar energia química del seu entorn i usar-la per a moure’s, estan demostrant un gran potencial per a aplicacions biomèdiques. Aquests nanomotors, o nanopartícules autopropulsades, són capaces d’”encendre’s” i començar a moure’s en un fluid, utilitzant diverses biomolècules com a combustible. Aquest mecanisme de propulsió permet que els nanomotors es difonguin en volums més grans en comparació amb les seves contraparts passives i, per tant, abastin fàcilment un objectiu específic, penetrin en els teixits i realitzin l’administració de fàrmacs amb un millor rendiment.

Els enzims, molècules orgàniques que acceleren la velocitat d’una reacció bioquímica, són candidats ideals per a actuar com a fonts d’energia catalítica per a aquests nanomotors pensats per a l’àmbit de la nanobiomedicina, ja que són molt diversos, específics de substrat i, sobretot, són presents per tot el cos humà. No obstant això, en els organismes vius, aquestes nanoestructures impulsades per enzims poden estar exposades a condicions adverses, com a fortes variacions del pH, que podrien comprometre tant el seu moviment com les seves funcionalitats químiques.

Ara, un equip d’investigadors del Grup de Recerca “Nano Dispositius Biològics Intel·ligents” a l’IBEC, liderats pel Professor de Recerca ICREA Samuel Sánchez, i del grup de l’ICN2 “Supramolecular Nanochemistry and Materials”, liderat pel Professor ICREA Daniel Maspoch, han desenvolupat nanomotors enzimàtics autopropulsats que conserven les seves funcionalitats després de ser exposats a diferents pH àcids gràcies a l’encapsulació enzimàtica. Els investigadors de l’IBEC i de l’ICN2 han demostrat, tal com es descriu en un article publicat recentment en Advanced Functional Materials, la validesa d’aquest enfocament amb un nou tipus de nanomotors, anomenats LipoBots (LBs), impulsats per l’enzim ureasa.

Els autors d’aquest estudi van desenvolupar nanoestructures funcionals en les quals els enzims que proporcionen el combustible per al moviment – molècules d’ureasa, en aquest cas – estan encapsulats en un liposoma, és a dir, una vesícula esfèrica que té una superfície lipídica d’almenys dues capes (LipoBots-Inside, LB-I). Per tal de poder fer una comparativa, també van sintetitzar un altre tipus de nanomotors, en els quals els enzims d’ureasa s’uneixen a la superfície externa del liposoma (LipoBots-Outside, LB-O).

Els investigadors van observar que, mentre que els LB-O es difonen de manera autònoma en el medi ambient gràcies a la ureasa en l’exterior de les vesícules, els LB-I no exhibeixen propietats d’autopropulsió. No obstant això, aquesta funcionalitat es pot recuperar introduint desoxicolat de sodi, un component de les sals biliars, en l’entorn on s’espera que es moguin els LB-I.

Els investigadors van estudiar les conseqüències de l’exposició a condicions ambientals adverses incubant els dos tipus de nanomotors en un medi àcid de pH 3 i 5 (possibles valors del pH de l’estómac humà) durant 1 hora. Aquesta prova va revelar que tant la capacitat d’autopropulsió com l’activitat enzimàtica dels LipoBots que tenen la ureasa en la superfície es van perdre per complet. Per contra, en els LB-I es va protegir la ureasa encapsulada dels efectes de l’ambient àcid, per la qual cosa els nanomotors van mantenir la seva activitat enzimàtica. A més, el seu moviment actiu encara podria activar-se agregant desoxicolat de sodi.

Aquesta recerca obre el camí a l’aplicació de LipoBots encapsulats al desenvolupament de nous sistemes actius d’administració de fàrmacs. Atès que les seves funcionalitats enzimàtiques es conserven després de l’exposició a un entorn hostil i el seu moviment s’activa in situ, aquests nanomotors basats en liposomes podrien usar-se, per exemple, en el tracte gastrointestinal, on les sals biliars són presents de manera natural en l’intestí.

Article de referència:

Ana C. Hortelão, Sonia García‐Jimeno, Mary Cano‐Sarabia, Tania Patiño, Daniel Maspoch, and Samuel Sánchez, LipoBots: Using Liposomal Vesicles as Protective Shell of Urease‐Based Nanomotors, Adv. Funct. Mat., August 2020.