Nanomotores propulsados con azúcar para aplicaciones médicas

Un estudio publicado en la revista Nanoletters describe la fabricación del primer nanomotor sintético en el mundo propulsado por una enzima que utiliza combustible biocompatible, lo que solventa las desventajas de los sistemas actuales.

El trabajo ha estado liderado por Samuel Sánchez, profesor de investigación del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), y ha contado con la colaboración de las intituciones alemanas Max Planck y la Universidad de Tübingen

Este nuevo mini motor biocompatible está hecho a partir de sílice mesoporoso que es hueco y no es dañino para las células ni para los tejidos. Se podrá utilizar en muchas aplicaciones biomédicas ya que su propulsión es debida a la reacción catalítica de tres enzimas que se encuentran de forma natural el cuerpo: la catalasa, la ureasa y la glucosa oxidasa. Las reacciones enzimáticas dan energía a las nanopartículas Janus –cuyas superficies tienen dos propiedades físicas diferentes–  teniendo lugar de forma asimétrica en solo una de las caras del nanomotor, lo que provoca la propulsión en la dirección opuesta. 

“Para que su uso sea seguro en aplicaciones biomédicas en el interior del organismo, las nanopartículas tienen que estar hechas de materiales biocompatibles y biodegradables, así como ser capaces tanto de moverse de forma autónoma utilizando combustibles de origen biológico como de liberar la carga en un punto concreto –como es el caso de la liberación de fármacos– a la pequeña escala,” dice Samuel Sánchez.

El investigador señala ahora se han conseguido todas estas propiedades con nuestros nuevos nanomotores. Para su arquitectura, hemos utilizado un material que ofrece una gran capacidad de liberación de fármacos debido a su estructura hueca; y para la propulsión, hemos basado nuestros métodos en el reciente descubrimiento de que las enzimas pueden actuar como nanomotores autopropulsados, así como de ser ancladas a objetos artificiales mayores, como los nanotubos de carbono, para proporcionar una fuerza de propulsión utilizando reacciones catalíticas”.

Reacciones biocatalíticas

Este tipo de reacciones biocatalíticas desencadenadas por enzimas actúan a modo de propulsión no tóxica, debido a que están presentes en el ambiente biológico y tienen un elevado potencial de reacción. Se pueden utilizar diferentes combinaciones de enzima/combustible como la catalasa y el peróxido de hidrógeno o la glucosa y la glucosa oxidasa, lo que significa que el método es muy versátil con un potencial que se podrá extender a otras enzimas.

Los micro y nano sistemas desarrollados anteriormente estaban muy limitados para ser utilizados en el ámbito biomédico, ya que para propulsarse utilizaban la descomposición de peróxido de hidrógeno con platino como catalizador, lo que provocaba que en algunos caos la propulsión fuese de muy corta duración o, sencillamente, se convirtieran en nanosistemas pasivos incapaces de moverse de forma autónoma.

El siguiente paso será explorar cómo incrementar la fuerza conductora y la guía de sus nanomotores biocompatibles mediante métodos de manipulación externa, como la quimiotaxis, el control magnético o los ultrasonidos, dirigiéndolos a un movimiento direccional para la liberación activa de fármacos en localizaciones específicas.

Los colaboradores de la Universidad de Tübingen también han medido, por primera vez, mediantes unas pinzas ópticas, la fuerza de propulsión de los nanomotores, lo que hace posible entender un poco más cómo se comportan las nanopartículas propulsadas.

Referencia bibliográfica:

Samuel Sanchez et al. "Enzyme-Powered Hollow Mesoporous Janus Nanomotors". Nano Lett (5 de octubre, 2015).