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Las partículas de sílice mesoporosas (Ø poro: 2-50 nm) son la piedra angular de la nanomedicina: permiten el transporte eficaz de fármacos al interior del cuerpo gracias a su biocompatibilidad, resistencia y estabilidad térmica. Pero su síntesis artificial es difícil y costosa además de emplear compuestos tóxicos.

Una alternativa natural son las frústulas de diatomeas, estructuras silíceas 3D con alta porosidad, área superficial y estabilidad mecánica.

 

El hecho de que sea necesario aplicar fuerzas enormes para romperlas se debe a la defensa que ofrecen contra los predadores. La resistencia y ligereza de sus formas las convierte en fuente de inspiración para soluciones biomiméticas en ingeniería civil y diseño industrial.

En un capítulo de Evolution of Lightweight Structures (Kooistra & Pohl, 2015), encontré ejemplos preciosos de diseños arquitectónicos que son (funcional y estructuralmente) copias a escala gigante de diatomeas, como la cúpula central de la Galería Vittorio Emmanuele II (en Milán, Italia) y Arachnoidiscus.

 

La ingeniería genética en diatomeas es ya una realidad. En 2015 científicos del JCVI (J. Craig Venter Institute) publicaron en Nature Communications un método para introducir ADN y conseguir su replicación estable como plásmidos circulares en Phaeodactylum tricornutum y Thalassiosira pseudonana usando como vector la bacteria Escherichia coli.

 

Esto abre, entre otras, la posibilidad de manipular genéticamente a las diatomeas con fines biotecnológicos. Y entre dichos fines, cómo no! se encuentran las investigaciones en nanomedicina.

Mismo año y misma revista: científicos australianos (Delalat y col.) publicaron el uso de diatomeas (Thalassiosira pseudonana) modificadas genéticamente para que incorporen GB1 en sus frústulas. Se trata de un dominio de unión de la proteína G: el pegamento para ligar anticuerpos IgG (inmunoglobulina G, la más abundante de nuestro cuerpo) que reconocerán después las células tumorales (en este caso, neuroblastoma humano SH-SY5Y).

Antes de ligar los anticuerpos las células de Thalassiosira fueron lisadas y luego les incorporaron un fármaco hidrófobo mediante gotitas microscópicas de grasa (liposomas) unidas electrostáticamente a las frústulas. Sus resultados demostraron que las frústulas funcionalizadas eran capaces de acceder y matar selectivamente células tumorales in vitro y en ratones sin daños aparentes en los tejidos. Y al incubarlas con linfocitos B y T se adherían específicamente a los primeros, responsables de la respuesta inmunitaria humoral y de la producción de anticuerpos.

Un primer paso en la aplicación de frústulas de diatomeas como soporte físico para desarrollar nanoterapias contra el cáncer y otras enfermedades…

 

Este artículo nos lo envía Francisco Rodríguez Hernández, investigador en el Instituto Español de Oceanografía desde 2005. Actualmente trabaja en el Centro Oceanográfico de Vigo, en el Departamento de Fitoplancton Tóxico y Mareas Rojas. Miembro de Divulgacción (Asociación Galega de Comunicación de Cultura Científica e Tecnolóxica). Podéis leerle en su blog fitopasion.com o en su twitter @Lilestak.

Referencias:

-Delalat B. et al. Targeted drug delivery using genetically engineered diatom biosilica. Nature Communications 6:8791 | DOI: 10.1038/ncomms9791 (2015).

-Hamm C.E. et al. Architecture and material properties of diatom shells provide effective mechanical protection. Nature  421:841-843 | 20 FEB (2003)

-Karas B.J. et al. Designer diatom episomes delivered by bacterial conjugation. Nature Communications 6:6925 | DOI: 10.1038/ncomms7925 (2015).

-Kooistra, W.H.C.F. & Pohl, G. Diatom Frustule Morphology and its Biomimetic Applications in Architecture and Industrial Design. In: Evolution of Lightweight structures. Analyses and Technical Applications. Springer, 206 pp. (2015).