Tecnología farmacéutica basada en el grafeno

Por Naukas, el 29 marzo, 2023. Categoría(s): Divulgación • Física • Tecnología

El grafeno es popularmente conocido por sus potenciales aplicaciones en el ámbito tecnológico o informático, suponiendo una auténtica revolución. Pero, ¿sabes dónde se está utilizando actualmente? Este material es muy versátil, especialmente, si se tienen en cuenta las numerosas funciones que puede desempeñar en el ámbito biomédico. De hecho, un estudio muestra que alrededor del 63% de sus potenciales aplicaciones están relacionadas con la biomedicina. Pero, ¿qué es este material?

Características del grafeno

El grafeno es un material constituido por átomos de carbono que, estrechamente unidos, forman una red hexagonal en dos dimensiones. Por tanto, se trata de una sola capa (monocapa) que tiene el espesor de un átomo de carbono.

Estructura de una lámina de grafeno. Fuente: Kulakova II et al. 2022.

Esta estructura le confiere al grafeno unas características únicas. Por ejemplo, es el mejor conductor de electricidad conocido, superando a los mejores metales conductores como la plata, el oro o el cobre. Además, es el compuesto más fuerte jamás medido, siendo unas 300 veces más fuerte que el acero. Pero esto no es lo más sorprendente del grafeno, puesto que, aun siendo tan fuerte, también presenta una alta flexibilidad y elasticidad, pudiendo sufrir una importante deformación sin que su red cristalina se vea afectada.

Por otro lado, el hecho de que sea el compuesto más delgado conocido por el hombre (con un átomo de grosor), le otorga un 97% de transparencia óptica, que disminuye un 2,5% con la superposición de cada nueva capa de grafeno. Esta característica permite que este material sea idóneo, por ejemplo, para el desarrollo de retinas artificiales.

Por tanto, teniendo en cuenta sus múltiples propiedades, no es de extrañar que el grafeno se pueda utilizar en diferentes sectores de aplicaciones biomédicas, desde su uso para la administración de fármacos hasta aplicaciones como biosensor.

Aplicabilidad del grafeno

El desarrollo de nuevos sistemas de administración de fármacos es una de las áreas más importantes en el desarrollo de tecnologías farmacéuticas. Por este motivo, se ha centrado toda la atención en utilizar el grafeno y sus derivados en mejorar la biodisponibilidad de múltiples fármacos y en reducir su toxicidad.

La modificación de su estructura química y la obtención del óxido de grafeno (GO) han facilitado su posterior empleo. Además, la adición de diversos grupos funcionales como el quitosano o el polietilenglicol han permitido mejorar su solubilidad en agua, asegurar su biocompatibilidad y reducir su toxicidad.

Formación del óxido de grafeno a partir de una lámina de grafeno. Para ello, se emplea H2SO4, KMnO4 y H3PO4. Fuente: Narayan Banerjee A. 2018.

Actualmente, las principales compañías farmacéuticas están desarrollando nuevos sistemas de administración de medicamentos empleando el grafeno o cualquiera de sus derivados, puesto que se ha observado que favorece la disponibilidad de numerosos fármacos y reduce su toxicidad.

Láminas de grafeno con diferentes grupos funcionales que favorecen su acceso al interior de la célula. La adición de esta estructura a diferentes fármacos permite mejorar sus características farmacocinéticas y reducir su toxicidad. Fuente: Narayan Banerjee A. 2018.

Dentro del ámbito farmacológico, la principal aplicabilidad del grafeno puede observarse en oncología. Por ejemplo, el fármaco SN-38 es eficaz en el tratamiento de varios tipos de cáncer en humanos, como el cáncer de recto, de ovario y de pulmón. Sin embargo, su aplicación clínica está limitada por su alta toxicidad y poca solubilidad en medios acuosos, así como, por su baja estabilidad e hidrólisis a pH fisiológico, obteniéndose su forma inactiva.

Para solventar estos inconvenientes, el fármaco SN-38 se ha administrado juntamente con transportadores derivados del óxido de grafeno. De esta manera, ha sido posible su administración dirigida a las células cancerosas, reduciendo así su degradación y permitiendo su liberación lenta y estable en concentraciones terapéuticamente eficaces.

Moléculas de SN-38 (azul) unidas a óxido de grafeno (negro). A esta estructura se han adicionado otras moléculas como el etilendiaminotetraacético (verde), ciclodextrina y Fe3O4 (rojo). Fuente: Einafhar E et al. 2018.

Conclusión

Por tanto, la tecnología farmacéutica basada en el grafeno tiene como objetivo utilizar las numerosas propiedades de este material para diseñar moléculas que promuevan la biodisponibilidad de los fármacos, su liberación controlada y la reducción de su toxicidad. Aunque actualmente, muchas investigaciones están centradas en el campo de la oncología, podría ser interesante el empleo del grafeno y sus derivados para el tratamiento de enfermedades infecciosas, con el objetivo de mejorar la efectividad de los antibióticos y evitar el incremento de resistencias. ¿Qué opinas?

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Este artículo ha sido redactado por el equipo de Microbacterium.es  de forma exclusiva para https://naukas.com/. Artículo redactado por Daniel Vasile Popescu Radu y editado por Judith Quiñones.

 

Referencias científicas y más información

  1. Kulakova II y Lisichkin GV. Potential Directions in the Use of Graphene Nanomaterials in Pharmacology and Biomedicine (Review). Pharmaceutical Chemistry Journal. 2022. 56: 1 – 11.
  2. Einafhar E, Asl AH, Nia AH et al. Synthesis of new biodegradable nanocarriers for SN38 delivery and synergistic phototherapy. Nanomedicine Journal. 2018. 5(4): 210 – 216.
  3. Narayan Banerjee A. Graphene and its derivatives as biomedical materials: future prospects and challenges. Interface Focus. 2018. 8(3).
  4. Lalwani G, D’Agati M, Khan AM, et al. Toxicology of graphene-based nanomaterials. Advanced Drug Delivery Reviews. 2016. 105(b): 109 – 144.
  5. Peng Q, Dearden AK, Crean J, et al. New materials graphyne, graphdiyne, graphone, and graphane: review of properties, synthesis, and application in nanotechnology. Nanotechnology, Science and Applications. 10(7): 1 – 29.
  6. Ying Mao H, Laurent S, Chen W et al. Graphene: promises, facts, opportunities, and challenges in nanomedicine. Chemical reviews. 2013. 113(5): 3407 – 3424.
  7. Kim H, Namgung R, Singha K, et al. Graphene Oxide-Polyethylenimine Nanoconstruct as a Gene Delivery Vector and Bioimaging Tool. Bioconjugate Chemistry. 2011. 22: 2558 – 2567.

 



Por Naukas, publicado el 29 marzo, 2023
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