Nuevos nanomotores biodegradables para aplicaciones biomédicas

Un artículo publicado en Nano Letters describe el diseño y la funcionalidad de un nanomotor biocompatible y biodegradable. Esta estructura híbrida dotada de un exterior orgánico se autopropulsa utilizando una nanopartícula inorgánica que los investigadores han sido capaces de sintetizar dentro del nanomotor.

El estudio ha sido dirigido por Jan van Hest y Laoi Abdelmohsen del Institute of Complex Molecular Systems at TU/e en colaboración con Samuel Sánchez del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) en Barcelona, e investigadores residentes en China y el Reino Unido.

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Los nanomotores son dispositivos moleculares o de escala nanométrica  capaces de moverse a través de un medio biológico mediante la conversión de energía química en movimiento. Estos artilugios pueden usarse para llevar medicamentos a partes específicas del cuerpo. Los nanomotores, normalmente, emplean biomoléculas para propulsarse. Sin embargo, éstas moléculas se degradan al entrar en contacto con el cuerpo del paciente. El uso de partículas motorizadas, biocompatibles y biodegradables que transportan medicamentos al tejido enfermo es actualmente un área de investigación emergente en el campo de la biomedicina.

Investigadores del Institute for Complex Molecular Systems (ICMS) de la Eindhoven University of Technology (TU/e), junto con investigadores de la Soochow University, Swansea University, y el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) han desarrollado una nueva manera de sintetizar nanomotores biodegradables. Esta vía almacena en el nanomotor nanopartículas inorgánicas capaces de ayudar en la propulsión. El estudio ha sido publicado en la revista Nano Letters.

Un innovador nanomotor

Este innovador dispositivo híbrido está compuesto por una estructura llamada estomatocito, también conocida como poly(ethylene glycol)-block-poly(D,L-lactide) (PEG−PDLLA), cuyo motor se carga con dióxido de manganeso. Los estomatocitos son células en forma de cuenco con una cavidad interna hueca que, a su vez, presenta una pequeña abertura al exterior. Estudios previos han demostrado cómo estas partículas son capaces de confinar y proteger el motor o combustible dentro de la cavidad para, posteriormente, catalizar y permitir su movimiento a través de entornos biológicos complejos. Como prueba de concepto, los investigadores han conseguido una efectiva penetración de los nanomotores híbridos en tumores, garantizando así su funcionalidad en contextos biológicos así como su potencial en aplicaciones biomédicas.

Un propulsor sintetizado dentro del nanomotor

El enfoque novedoso de este trabajo consiste en que la propulsión, a partir de dióxido de manganeso, se genera en el mismo nanomotor. Cuando este compuesto inorgánico reacciona con el peróxido de hidrógeno, genera “nanoburbujas” de oxígeno que, al ser expulsadas por la pequeña abertura del estomatocito, impulsan la estructura en la dirección opuesta. El peróxido de hidrógeno, un compuesto tóxico para las células, es común en microambientes tumorales. Además, los estomatocitos pueden ser reutilizados siempre que el combustible almacenado en la cavidad permanezca funcional—. Y en caso de no estar funcionando, el combustible no se “escapa” a través de la abertura, por lo menos durante tres meses.

La estructura híbrida descrita en el estudio es totalmente biocompatible y biodegradable, debido a su exterior orgánico. Además, los nanomotores podrían emplearse como plataformas multimodales y sus partículas tienen potencial para ser controladas de forma remota mediante señales externas (campos magnéticos o luz, por ejemplo). En otras palabras, estos nuevos compuestos híbridos combinan las mejores características de las nano-estructuras inorgánicas y de las orgánicas. Este estudio abre nuevos caminos en la búsqueda de nanomotores autónomos así como en  sus numerosas aplicaciones en biomedicina.

Colaboración ICMS-IBEC

En el 2018, el IBEC y el ICMS sembraron la semilla de lo que hasta ahora ha sido una alianza muy prometedora. Este 2020, ambas instituciones firmaron un nuevo acuerdo de colaboración. Actualmente, dos líderes de grupo del IBEC, Vito Conte y Lorenzo Albertazzi, cuentan con una segunda afiliación en el ICMS. A continuación, puedes leer otro estudio reciente derivado de la colaboración científica IBEC-ICMS sobre moléculas de respuesta múltiple capaces de autoensamblarse y una revisión sobre cómo sistemas artificiales imitan la forma en que las células se mueven y se comunican.


Artículo de referencia: Imke A. B. Pijpers, Shoupeng Cao, Antoni Llopis-Lorente, Jianzhi Zhu, Shidong Song, Rick R. M. Joosten, Fenghua Meng, Heiner Friedrich, David S. Williams, Samuel Sánchez, Jan C. M. van Hest, and Loai K. E. A. Abdelmohsen “Hybrid Biodegradable Nanomotors through Compartmentalized Synthesis” Nano Letters. DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01268.