Nanotubos como andamio universal de los canales de membranas celulares

Las membranas biológicas definen la arquitectura funcional de los sistemas vivos: son selectivamente permeables, mantienen la identidad química de las células y orgánulos intracelulares y regulan el intercambio de material entre ellos. Para controlar el transporte de iones y pequeñas moléculas a través de las membranas celulares, se utilizan proteínas altamente especializadas que canalizan estas moléculas a través de la membrana.

Los recientes avances en nanotecnología y nanofabricación han permitido la síntesis y fabricación de compuestos artificiales destinados a cumplir las funciones de los canales transmembrana y de los transportadores. Estos compuestos cada vez se parece más a los naturales en cuanto a su selectividad molecular, direccionamiento hacia la membrana y eficiencia del transporte. Sin embargo, todavía sigue siendo un reto crear un prototipo universal y versátil para fabricar canales con determinadas propiedades de transporte.

Ahora, el estudio en el que ha participado el grupo del doctor Vadim Frolov, profesor investigador Ikerbasque de la Unidad de Biofísica de la UPV/EHU, y dirigido por Alex Noy de Lawrence Livermore National Laboratories (EE UU), sugiere que los nanotubos de carbono de pared simple (CNT) pueden utilizarse como estructura con similares propiedades de afinidad y de transporte de los canales proteicos. Los nanotubos son transportadores muy eficientes, debido a que su estrecho diámetro (de 1 nm aproximadamente) e hidrofóbico interior es muy similar al diseño estructural general de dichas proteínas.

Los investigadores del estudio han descubierto que los CNT ultracortos cubiertos por moléculas de lípidos forman canales tanto en membranas artificiales como en las membranas de células vivas. Estas estructuras se mantienen estables en disolución y se insertan espontáneamente en las membranas. Asimismo, los investigadores han observado que los CNT insertados en una membrana contienen propiedades de transporte comparables a las de los canales iónicos pequeños. Además, han evidenciado que tales CNT también son capaces de transportar ADN.

Un futuro prometedor

Según concluye Frolov, los mecanismos de transporte transmembrana mediante CNT ultracortos requieren una investigación más extensa, por lo que el proyecto de colaboración entre los grupos de Lawrence Livermore National Laboratories y de la UPV/EHU no ha concluido todavía. Los científicos esperan que mediante modificaciones químicas sofisticadas, la optimización de los procesos de producción y la utilización de otros métodos de nanofabricación, puedan llegar a producir canales iónicos plenamente funcionales basados en CNTs ultracortos.

En el estudio también han participado los investigadores Arturo Escalada y Anna Shnyrova del grupo de Nanomecánica de Membranas de la Unidad de Biofísica (centro mixto UPV/EHU-CSIC) liderado por el profesor Ikerbasque Dr. Vadim Frolov. El grupo de investigación que ha participado en este estudio además cuenta con investigadores procedentes de varias instituciones de reconocido prestigio mundial, como son: Lawrence Livermore National Laboratory, Escuela de Ciencias naturales de la Universidad de California y Lawrence Berkeley National Laboratory (California).

Referencia bibliográfica:

J. Geng, K. Kim, J. Zhang, A. Escalada, R. Tunuguntla, Luis R. Comolli, Frances I. Allen, Anna V. Shnyrova, Kang Rae Cho, D. Munoz, Y. MorrisWang, Costas P. Grigoropoulos, Caroline M. Ajo-Franklin, Vadim A. Frolov & A. Noy. Stochastic transport through carbon nanotubes in lipid bilayers and live cell membranes. Nature 514, 30 de octubre de 2014. DOI:10.1038/nature13817.