Inventan nanomaterial que cambia de forma, podría usarse para administrar medicamentos

Químicos han desarrollado un nanomaterial que pueden activarse para cambiar de forma, de láminas planas a tubos y de nuevo a láminas, de forma controlable.

El Journal of the American Chemical Society publicó una descripción del nanomaterial, que fue desarrollado en la Universidad de Emory y tiene potencial para una variedad de aplicaciones biomédicas, desde la administración de fármacos de liberación controlada hasta la ingeniería de tejidos.

El nanomaterial, que en forma de lámina es 10.000 veces más delgado que el ancho de un cabello humano, está hecho de colágeno sintético.

El colágeno natural es la proteína más abundante en los seres humanos, lo que hace que el nuevo material sea intrínsecamente biocompatible.

“Nadie había fabricado previamente colágeno con las propiedades de cambio de forma de nuestro nanomaterial“, dice Vincent Conticello, autor principal del hallazgo y profesor de química biomolecular en Emory.

“Podemos convertirlo de láminas a tubos y viceversa simplemente variando el pH, o la concentración de ácido, en su entorno“.

La Oficina de Transferencia de Tecnología de Emory ha solicitado una patente provisional para el nanomaterial.

Los primeros autores del hallazgo son Andrea Merg, ex becaria postdoctoral en el laboratorio de Conticello que ahora se encuentra en la Universidad de California Merced, y Gavin Touponse, quien hizo el trabajo como estudiante de Emory y ahora está en la escuela de medicina en Stanford.

El trabajo fue una colaboración entre Emory y científicos del Laboratorio Nacional Argonne, el Instituto Paul Scherrer en Villigen, Suiza, y el Centro de Imagen Celular y Nanoanalítica de la Universidad de Basilea.

El colágeno es la principal proteína estructural del tejido conectivo del cuerpo, como cartílago, huesos, tendones, ligamentos y piel.

También es abundante en los vasos sanguíneos, el intestino, los músculos y otras partes del cuerpo.

El colágeno extraído de otros mamíferos, como los cerdos, se utiliza a veces para la cicatrización de heridas y otras aplicaciones médicas en seres humanos.

El laboratorio de Conticello es uno de sólo unas pocas docenas en todo el mundo que se dedican al desarrollo de colágeno sintético adecuado para aplicaciones en biomedicina y otras tecnologías complejas.

Estos biomateriales sintéticos de “diseño” pueden controlarse de formas que el colágeno natural no puede.

“Ya hace 30 años, fue posible controlar la secuencia del colágeno“, dice Conticello.

“Sin embargo, el campo realmente se ha acelerado durante los últimos 15 años debido a los avances en cristalografía y microscopía electrónica, lo que nos permite analizar mejor las estructuras a nanoescala“.

El desarrollo del nuevo nanomaterial que cambia de forma en Emory fue “un accidente fortuito“, dice Conticello.

“Había un elemento de suerte y un elemento de diseño“.

La proteína de colágeno está compuesta por una triple hélice de fibras que se envuelven entre sí como una cuerda de tres hilos.

Las hebras no son flexibles, son rígidas como lápices y se empaquetan juntas en una matriz cristalina.

El laboratorio de Conticello ha estado trabajando con láminas de colágeno que desarrolló durante una década.

“Una hoja es un gran cristal bidimensional, pero debido a la forma en que se empaquetan los péptidos, es como un montón de lápices agrupados“, explica Conticello.

“La mitad de los lápices del paquete tienen las minas apuntando hacia arriba y la otra mitad el extremo del borrador apuntando hacia arriba“.

Conticello quería intentar refinar las láminas de colágeno para que cada lado se limitara a una funcionalidad.

Para llevar más allá la analogía del lápiz, una superficie de la hoja estaría compuesta por todas las puntas de mina y la otra superficie estaría compuesta por borradores.

El objetivo final era desarrollar láminas de colágeno que pudieran integrarse con un dispositivo médico haciendo que una superficie fuera compatible con el dispositivo y la otra superficie compatible con las proteínas funcionales del cuerpo.

Sin embargo, cuando los investigadores diseñaron estos tipos separados de superficies en hojas de colágeno individuales, se sorprendieron al saber que hacía que las hojas se enrollaran como pergaminos.

Luego descubrieron que la transición de cambio de forma era reversible: podían controlar si una hoja era plana o enrollada simplemente cambiando el pH de la solución en la que estaba.

También demostraron que podían ajustar las hojas para cambiar de forma a un pH particular, de una manera que podría controlarse a nivel molecular a través del diseño.

“Es particularmente interesante que la condición alrededor de la cual ocurre la transición sea una condición fisiológica“, dice Conticello.

“Eso abre el potencial para encontrar una manera de cargar un terapéutico en un tubo de colágeno en condiciones controladas de laboratorio.

El tubo de colágeno podría ajustarse para desplegarse y liberar las moléculas de fármaco que contiene después de que ingrese al entorno de pH de una célula humana.”

Fuente: Laboratory Equipment