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Una nanoestructura en forma de jaula para administrar fármacos moleculares a las células

Científicos financiados con fondos europeos crearon una estructura de poliedro diminuta y nanométrica que podría actuar como un contenedor que se desliza dentro de las células para liberar sustancias terapéuticas. El logro de esta disposición compleja pero elegante, de solo 10 nm de ancho, podría algún día ayudar en la lucha contra el cáncer.

Salud

La nanotecnología ofrece una forma prometedora de administrar y controlar la liberación de medicamentos nuevos y una gran oportunidad para revisar los tratamientos antiguos al mejorar su seguridad y eficacia. Las nanopartículas funcionales que encapsulan moléculas farmacológicas pueden revelar selectivamente su acción terapéutica cerca del tejido o la célula diana sin inundar el torrente sanguíneo de medicamentos.

Ayudar a las nanopartículas a cumplir su promesa

El objetivo del proyecto NanoIntra, que recibió financiación a través del programa Marie Skłodowska-Curie, fue superar un escollo fundamental para hacer realidad la administración de fármacos con nanopartículas. Además de controlar y liberar con precisión fármacos a nanoescala, es necesario conocer cómo se procesa el medicamento una vez que la nanopartícula se absorbe dentro de la célula. De hecho, las moléculas farmacológicas pueden volverse completamente ineficaces si permanecen en los endosomas. Mediante la combinación de conocimientos especializados en química, biología y física, científicos de NanoIntra crearon varias nanopartículas innovadoras que incluyen puntos cuánticos de semiconductores luminiscentes, nanocristales de metal plasmónico y nanopartículas de sílice para ejecutar análisis precisos de bioimagen y biodetección. En una segunda fase, funcionalizaron su superficie con ligandos orgánicos para mejorar su captación por la célula (endocitosis) y su posterior salida de los endosomas. «Una parte importante del trabajo se orientó a la investigación de la interacción entre nanomateriales híbridos y células. Finalmente, diseñamos un método nuevo de funcionalización de superficies mediante ligandos zwiteriónicos. Al ajustar con precisión la densidad del ligando, logramos un equilibrio adecuado entre una alta estabilidad coloidal y una captación celular eficaz», explica Tangi Aubert, coordinador de NanoIntra.

Una superred como guía para el autoensamblaje de nanopartículas

Uno de los hallazgos más notables del proyecto fue que las nanopartículas de sílice formaron una estructura de nanojaula con simetría dodecaédrica bien definida en condiciones especiales. «Se demostró mediante estudios que las partículas diminutas de sílice pueden atravesar el organismo de manera fácil y segura y excretarse en la orina sin que se queden atrapadas en el hígado. Quizás estas nanocajas de sílice podrían usarse como contenedores para medicamentos contra el cáncer o como vehículos que transportan moléculas para diagnóstico», señala Aubert. Para crear esta estructura poliédrica se empleó una técnica relativamente sencilla. Sumergieron moléculas de jabón en una solución acuosa para crear la plantilla. Las moléculas formaron pequeñas bolas llamadas micelas. A continuación, agregaron un precursor de sílice en la mezcla. La superficie de la plantilla de micelas cargada positivamente atrajo gradualmente a los clústeres de sílice cargados negativamente formados por el precursor para generar una estructura tipo jaula. Para sorpresa de los científicos, este proceso sucedió sin ninguna intervención: las nanopartículas se autoensamblaron en torno a las micelas. «Desde una perspectiva fundamental, las nanojaulas ofrecen una oportunidad singular para investigar las primeras etapas de los mecanismos de crecimiento de los materiales mesoporosos ordenados. La observación del autoensamblaje de nanocomponentes básicos en superredes bidimensionales de jaulas de sílice es un paso más en este sentido», agrega Aubert. Para observar estas esquivas nanocajas, los científicos utilizaron criomicroscopía electrónica. Tras analizar todas las diferentes orientaciones de estructuras mediante el uso de algoritmos de aprendizaje automático, reconstruyeron un dodecaedro perfecto.

Impresión tridimensional de nanopartículas similares a esponjas

Las nanopartículas porosas tienen áreas superficiales aumentadas que las convierten en herramientas muy útiles para aplicaciones de «huésped-hospedador» como la biodetección. También permiten controlar mejor la liberación de moléculas terapéuticas. Al funcionalizar la nanocaja de sílice con ligandos fotosensibles, los científicos de NanoIntra lograron imprimir materiales mesoporosos con una gran superficie y formas arbitrarias. «Colocar jaulas de sílice funcionalizadas con ligandos en los lugares deseados del material mesoporoso impreso final, permite construir plataformas bioanalíticas de alta eficacia», concluye Aubert.

Palabras clave

NanoIntra, nanojaula, ligando, biosensores, moléculas farmacológicas, nanopartículas de sílice, mesoporoso, endosomas, autoensamblaje

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