Nous nanomotors biodegradables per a aplicacions biomèdiques

Un article publicat a Nano Letters descriu el disseny i la funcionalitat d’un nanomotor biocompatible i biodegradable. Aquesta estructura híbrida dotada d’un exterior orgànic s’autopropulsa utilitzant una nanopartícula inorgànica que els investigadors han estat capaços de sintetitzar dins del nanomotor.

L’estudi l’han dirigit Jan van Hest i Laoi Abdelmohsen de l’Institute of Complex Molecular Systems at TU/e en col·laboració amb Samuel Sánchez de l’Institut de Bioingenieria de Catalunya (IBEC) a Barcelona, i investigadors residents a la Xina i el Regne Unit.

Read more…

Els nanomotors són dispositius moleculars o d’escala nanomètrica capaços de moure’s a través d’un mitjà biològic mitjançant la conversió d’energia química en moviment. Aquests artefactes poden usar-se per fer arribar medicaments a parts específiques del cos. Normalment els nanomotors fan servir biomolècules per propulsar-se. No obstant, aquestes molècules es degraden al entrar en contacte amb el cos del pacient. És per això que l’ús de partícules motoritzades, biocompatibles i biodegradables que transporten medicaments a el teixit malalt és actualment una àrea de recerca emergent en el camp de la biomedicina.

Investigadors de lInstitute for Complex Molecular Systems (ICMS) de la Eindhoven University of Technology (TU/e), juntament amb investigadors de la Soochow University, Swansea University, i l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) han desenvolupat una nova manera de sintetitzar nanomotors biodegradables. Aquesta via emmagatzema al nanomotor nanopartícules inorgàniques capaces de promoure en la propulsió. L’estudi ha estat publicat a la revista Nano Letters.

Un innovador nanomotor

Aquest innovador dispositiu híbrid està format per una estructura anomenada estomatocit, també coneguda com poly(ethylene glycol)-block-poly(D,L-lactide) (PEG−PDLLA), amb un motor que es carrega amb diòxid de manganès. Els estomatocits són cèl·lules en forma de bol amb una cavitat interna buida amb una petita obertura a l’exterior. Estudis previs han demostrat com aquestes partícules són capaces de confinar i protegir el motor o combustible dins de la cavitat i, posteriorment, catalitzar permetent el seu moviment a través d’entorns biològics complexos. Com a prova de concepte, els investigadors han aconseguit fer penetrar dels nanomotors híbrids en tumors, garantint així la seva funcionalitat en contextos biològics i evidenciant el seu potencial en aplicacions biomèdiques.

 Un propulsor sintetitzat dins el nanomotor

L’enfocament innovador d’aquest treball consisteix en que la propulsió a partir de diòxid de manganès es genera en el mateix nanomotor. Quan aquest compost inorgànic reacciona amb el peròxid d’hidrogen, genera “nanobombolles” d’oxigen que al ser expulsades per la petita obertura de l’estomatocit impulsen l’estructura en la direcció oposada. El peròxid d’hidrogen, un compost tòxic per a les cèl·lules, és comú en microambients tumorals. A més, els estomatocitos poden ser reutilitzats sempre que el combustible emmagatzemat en la cavitat es mantingui funcional. En cas de no estar en funcionament, el combustible no es “s’escapa” a través de l’obertura, almenys durant tres mesos.

L’estructura híbrida descrita a l’estudi és totalment biocompatible i biodegradable, gràcies al seu exterior orgànic. A més, els nanomotors es podrien fer servir com a plataformes multimodals i les seves partícules tenen potencial per ser controlades de forma remota mitjançant senyals externs (camps magnètics o llum, per exemple). En altres paraules, aquests nous compostos híbrids combinen les millors característiques de les nano-estructures inorgàniques i de les orgàniques. Aquest estudi obre nous camins en la recerca de nanomotors autònoms així com en les seves nombroses aplicacions en biomedicina.

Col·laboració ICMS-IBEC

Al 2018, l‘IBEC i el ICMS van sembrar la llavor del que fins ara ha estat una aliança molt prometedora. Aquest 2020, ambdues institucions ahn signat un nou acord de col·laboració. Actualment, dos líders de grup de l’IBEC, Vito Conte i Lorenzo Albertazzi, compten amb una segona afiliació a l’ICMS. A continuació, pots llegir un altre estudi recent derivat de la col·laboració científica IBEC-ICMS sobre molècules de resposta múltiple capaces de autoensamblarse i una revisió sobre com sistemes artificials imiten la forma en què les cèl·lules es mouen i es comuniquen.


Article 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.