Nanotubos de carbono que actúan como canales en la membrana celular

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 por ellas se utilizan proteínas altamente especializadas que canalizan estas sustancias.

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. Esos 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.

Ahora, el estudio en el que ha participado el grupo del profesor Vadim Frolov de la Unidad de Biofísica de la Universidad del País VAsco (UPV/EHU) y dirigido por Alex Noy desde el Lawrence Livermore National Laboratories (EE UU), sugiere que los nanotubos de carbono de pared simple (CNT) pueden utilizarse como una estructura con similares propiedades de afinidad y de transporte de los canales protéicos.

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 CNT ultracortos cubiertos por moléculas de lípidos forman canales tanto en membranas artificiales como en las de las células vivas. Estas estructuras se mantienen estables en disolución y se insertan espontáneamente.

Los investigadores han observado que estos nanotubos acoplados en una membrana contienen propiedades de transporte comparables a las de los canales iónicos pequeños. Además, han evidenciado que son capaces de transportar protones, pequeños iones e incluso moléculas de ADN.

Un futuro prometedor

Según 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 CNT 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 Vadim Frolov, así como científicos de la Escuela de Ciencias Naturales de la Universidad de California y el Lawrence Berkeley National Laboratory (EE UU).

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.