Nanotubos palpitantes que se autoensamblan

Por César Tomé López, el 24 septiembre, 2012. Categoría(s): Física
Estructura del virus del mosaico del tabaco

Imagina este proceso: se abre una válvula, entra fluido, se cierra la válvula de entrada, se abre una válvula de salida, la cavidad que contenía el líquido se contrae y éste sale por la válvula de salida; se reinicia el proceso. Esta descripción corresponde al funcionamiento de las cámaras de la bomba que nos mantiene vivos, el corazón. Si pudiésemos construir bombas como esta a nanoescala tendríamos un sistema ideal de dosificación de fármacos, entre otras muchas posibilidades. Uno de los mayores problemas dinámicos para conseguirlo acaba de resolverse.

Un grupo de investigadores encabezado por Zhegang Huang, de la Universidad Nacional de Seúl (Corea del Sur), ha creado nanotubos que se abren y cierran dependiendo de la temperatura. Esto es un logro muy importante, un hito, ya que, hasta ahora, los nanotubos sintéticos eran extremadamente rígidos y no respondían de forma reversible a los cambios en su entorno. Esta rigidez era una de sus principales limitaciones para su uso en máquinas moleculares (como la nanobomba). Los resultados de la investigación se publican en Science.

Por si fuera poco, estos nanotubos se autoensamblan. El autoensamblado es la norma en sistemas biológicos, no así en creaciones artificiales. Sin embargo, la tendencia en nanotecnología es cada vez más a usar o imitar mecanismos ya presentes en los seres vivos (véase Nanobiomática, la revolución que marcará el siglo XXI). Así, los nanotubos autoensamblables hacía décadas que se conocían en la naturaleza. Un ejemplo clásico es el virus del mosaico del tabaco, que tiene  una proteína que se une a otras idénticas alrededor de una hebra de ARN formando un tubo hueco.

Lo que Huang et al. han usado como pieza base es una molécula que es hidrofóbica por una parte e hidrofílica por la otra; cuando varias moléculas de este tipo, como, por ejemplo, las del aceite, entran en contacto con el agua tienden a juntar sus partes hidrofóbicas y enfrentar al agua las partes hidrofílicas; en el caso del aceite esto significa que forman gotas que no se disuelven en el agua. La molécula en cuestión tiene forma de bumerán y 6 de ellas pueden formar un hexágono. Cuando aumenta la concentración de estos hexágonos, hasta 500 de ellos se apilan por sí mismos formando un tubo.


Las partes hidrofóbicas son cadenas de grupos aromáticos que se curvan en una molécula de piridina central que es la que, a su vez, se une a una cadena ramificada de éteres, que es la parte hidrofílica. La piridina incorpora en la red de carbonos de la molécula un átomo de nitrógeno que juega un papel crítico en la dinámica del tubo.

El nanotubo así formado tiene un diámetro de 11 nm a temperatura ambiente. A esta temperatura las moléculas de agua que lo rodean están interaccionando con los éteres unidos a la piridina, “tirando hacia fuera”: Por encima de 60ºC esta interacción se rompe, el agua deja de tirar hacia afuera y el tubo se cierra, ya que los grupos aromáticos se solapan más, y el diámetro se reduce a 7 nm. Si la temperatura baja, el tubo se vuelve a abrir.

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¿Podría usarse entonces este tubo para “liberar” alguna molécula? Para probarlo los investigadores usaron buckybolas (buckminsterfullereno C60) que tienen un diámetro de van der Waals de aproximadamente un 1 nm. Comprobaron que por cada cinco capas de hexágonos, a temperatura ambiente, podían introducir 24 buckybolas. Cuando aumentaba la temperatura detectaron que la mitad salía del tubo. Al volver a bajarla y expandirse los tubos, las buckybolas restantes tenían más espacio para moverse. Por lo tanto, sí, funcionaba.

Este trabajo es otro paso adelante hacia la construcción de nanosistemas funcionales de cierta complicación. No sabemos exactamente qué utilización exacta tendrá, ni si se encontrará dentro de cinco años o cincuenta, pero es una prueba de principio importante. Podría ser incluso posible diseñar estructuras biocompatibles que respondiesen al pH, lo que dispararía su potencial. O, ¿por qué no?, andando el tiempo, el desarrollo de nanotubos pulsantes autónomamente que se pareciesen a las células del músculo cardíaco, lo que resultaría, quizás, en una cura para las enfermedades cardíacas.

Referencia: Zhegang Huang, Seong-Kyun Kang, Motonori Banno,Tomoko Yamaguchi, Dongseon Lee, Chaok Seok, Eiji Yashima, Myongsoo Lee (2012) Pulsating Tubules from Noncovalent Macrocycles Science:Vol. 337 no. 6101 pp. 1521-1526 DOI: 10.1126/science.1224741



Por César Tomé López, publicado el 24 septiembre, 2012
Categoría(s): Física

 

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