lunes, 8 de octubre de 2012

Tendencias en nanotecnología

La semana del 10 al 14 de septiembre tuve la oportunidad de asistir al congreso “Trends in Nanotechnology 2012”, que estableció su sede en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Como su propio nombre dice, se trata de ver cuáles son las nuevas investigaciones que se han realizado durante el último año a nivel internacional en temas de nanotecnología. El presidente del congreso es el señor D. Antonio Correia, presidente de la Fundación Phantoms, un tipo bastante animado e implicado en el tema y un auténtico referente en la gestión de eventos de este tipo, como es, por ejemplo, la conferencia IMAGINENANO, que aúna congresos sobre tecnologías basadas en el jugueteo con la materia en la nanoescala.

De acuerdo a lo que se trató en el congreso, parece ser que las nuevas tendencias en el mundo de la nanotecnología pasan por 5 grandes temáticas: nanomateriales para la producción o almacenamiento de energía, nanofotónica, nanotecnología para la seguridad y la defensa, grafeno o nanotubos de carbono y nanobiotecnología. Con independencia de las cosas que se hayan podido presentar, todas ellas muy interesantes, en este post trataré de centrarme en aquellas que más nos gustan. O sea que iremos directamente a por la nanobiotecnología. No obstante, es importante recalcar que, desde el punto de vista investigador, el potencial que se demuestra en este tipo de congresos es bastante alto. Así que todas las líneas de investigación son susceptibles de seguir adelante, con el fin de mejorar las actuales prestaciones tecnológicas.

Una de las curiosidades del congreso tiene que ver con el tercer post de este blog, en el que os hablé de cómo enlazar cadenas de ADN para conseguir nanorobots contra el cáncer. En este caso, los investigadores en cuestión consiguen realizar estructuras tridimensionales e, incluso, flexibles, para poder darles algún fin. En uno de los casos, se encargan de transportar iones de potasio a través de una estructura plana de 4 bases nitrogenadas. Sin embargo, el caso más llamativo, friki o, como queráis llamarlo, es una simpática ocurrencia de unos miembros de la Universidad de Aahrus (Dinamarca), donde se atreven a realizar una imitación del delfín de su escudo en ADN e incluso hacen que mueva la cola en función de cómo se le aplique un campo eléctrico :D. Las imágenes, tomadas en microscopio de fuerza atómica (AFM), demuestran que el ADN se ve afectado por la composición del campo eléctrico y modifica su estructura para adaptarse a la situación, dando la sensación de que el delfín está moviéndose.


 Fig. 1. Estructura de transporte para iones potasio basada en ADN y secuencia del movimiento de la cola del delfín de la Universidad de Aahrus.
  
El último grito en biosensores, cosa en la que nos estamos introduciendo en nuestro grupo de investigación, se trata de los llamados “aptasensores”. Pero no os asustéis del nombre. En sí son unos biosensores, es decir, que detectan sustancias biológicas en base a la acción de un bioreceptor selectivo, como puede ser un enzima o un anticuerpo. El problema con estos dos compuestos es que, generalmente, sólo detectan una única vez y que, por lo tanto, no pueden realizar medidas repetitivas. Con los aptámeros, que son los bioreceptores de estos nuevos sensores, se pueden detectar sustancias de forma selectiva y, además, hacer y deshacer la reacción, cosa que permite la reutilización del sensor y, por tanto, un ahorro en costes para el usuario.

En algún otro post posterior, ya os explicaré de qué van los aptámeros y cómo se consiguen. De momento, quedaos con que se trata de cadenas de unos pocos nucleótidos que son altamente selectivas y afines con las proteínas que se pretenden detectar y no con otras, incluso si pueden llegar a parecerse en un 99%. Esto es lo que les hace ser la nueva tendencia: no hay fallos. Sin embargo, como toda proteína, tiene su complejidad y también es verdad que su síntesis es artificial y pre-programada, aunque de momento parece que para lo que se los está usando, básicamente, inhibición de otras proteínas, sirven.


 Fig. 2. Estructuras terciarias (3D) de dos aptámeros. Se puede observar la propia composición del aptámero y su adaptación a la molécula diana.

Como no, los mayores innovadores en esto de la tecnología son los japoneses. En concreto, se trajeron una charla de “diseño de nanomateriales inteligentes para la vida”, en la que hablaron de diferentes tipos de polímeros que ellos funcionalizaban para conseguir propiedades como detección de temperatura, medición de pH, fotosensibilidad… ¡¡Y todo a la vez!! La aplicación más llamativa fue la consecución de polímeros que podían cambiar su disposición espacial según la temperatura. Así, conseguían que, a temperatura normal, las cadenas estuvieran separadas; que, subiendo 20º, se quedaran en forma de núcleo con tentáculos; y que, al subir a lo máximo, se apelotonaran formando una esfera perfecta. Esto podría usarse en un futuro para, por ejemplo, administrar fármacos de forma controlada, en función de la temperatura del paciente.
 

Fig. 3. Nanopartículas de magnetita recubiertas de polímeros multirespuesta, los mismos que se representan debajo. A la derecha, nanoensamblado de copolímeros con respuesta térmica.

Fue bonito, también, ver cómo se silenciaban (anulaban) genes expresados por un cultivo de células en base a la aplicación de nanopartículas de sílice (SiO2 NPs) dopadas con hierro, para ver la viabilidad celular durante del proceso de silenciación. De esto se encargaba un grupo italiano y lo que querían ver era si las SiO2 NPs eran realmente biocompatibles o no, ya que se había especulado bastante sobre el tema. La conclusión fue que, pese a serlo en un 80% de las ocasiones, todavía quedaba un 20% por solucionar. Estaba claro que las NPs no eran todas iguales y no ejercían bien su efecto, pero por lo menos, por algo se empieza. Está claro que la terapia génica podría venir a través de este camino, introduciendo nanopartículas biocompatibles funcionalizadas en el cuerpo, a fin de eliminar o poner genes para corregir secuencias erróneas.


Fig. 4. Silenciación de la presencia de un gen (verde) en un cultivo de células. En la imagen derecha se puede ver cómo la amplia mayoría de la expresión ha sido cancelada por las SiO2NPs.

La administración de fármacos encerrados en una estructura que las transporta, llega al órgano diana y las libera en él, es algo que se está investigando de forma bastante intensa. Sin embargo, ocurre que, muchas veces, los fármacos son también absorbidos por células u órganos que no son los diana y, por tanto, se está intoxicando, más que curando. Por eso, en Suiza, hay un grupo que se dedica a crear vesículas funcionalizadas en las que se introduce la “maquinaria” necesaria para eliminar, internamente, las sustancias, bichos o antígenos nocivos, sin afectar al resto de tejidos sanos.



 Fig. 5. Esquema de las vesículas aniquiladoras de gérmenes o antígenos nocivos para la salud.

Todas estas innovaciones se están llevando a cabo con el objetivo de comenzar el camino hacia una medicina basada en la nanotecnología. Puede que, en un futuro, la terapia consista en, simplemente, inyectar una disolución de nanoestructuras funcionalizadas para poder erradicar la enfermedad que padezcamos. Esto es únicamente una muestra de lo que me pareció más llamativo, aunque, por supuesto, hay muchísimas cosas más que se están haciendo. Quién sabe si mi post “Objetivo 2020” se cumplirá algún día… Lo veremos, eso espero J

En cuanto al congreso, se puede decir que se trata de un evento o muy físico o muy químico. Para los ingenieros interesados, lo malo es que no hay una aplicación que se pueda sacar tal que ya, a menos que esté suficientemente avanzada. No obstante, es interesante ver todas las cosas que se están haciendo en investigación básica para luego poder darles una salida. Y además, como alguna compañera comentó: “primero habrá que saber cómo funcionan las cosas antes de comenzar a aplicarlas”.


Saludos y hasta el próximo post!! ;)