Los científicos del Trinity College Dublin han dado un gran paso adelante al abordar uno de los mayores desafíos duraderos de la química: han aprendido a programar el autoensamblaje de moléculas de tal manera que el resultado final sea predecible y deseable. Sus moléculas “similares a los maltizadores” podrían algún día tener una variedad de aplicaciones, desde sensores altamente sensibles y específicos hasta agentes de administración de fármacos específicos de próxima generación.
Prácticamente todos los componentes de los sistemas biológicos exhiben una capacidad extraordinaria y precisa para ensamblarse exactamente de la manera que necesitan para producir las moléculas que realizan miles de millones de funciones vitales que permiten a los organismos no sólo sobrevivir sino prosperar. Un entorno en constante cambio.
Pero a pesar del tremendo progreso científico, los investigadores todavía no saben cómo se controlan estos procesos. El desafío (y la tremenda oportunidad) para los químicos es decodificar estos procesos y luego controlarlos para que las moléculas puedan programarse de manera reproducible para hacer ciertas cosas.
El trabajo fue realizado por un equipo de científicos dirigido por el profesor Thorfinnur Gunnlaugsson, con sede en el Trinity Biomedical Sciences Institute (TBSI), en colaboración con el profesor John Bolland, con sede en CRANN. Ambos grupos forman parte de la Escuela de Química del Trinity College Dublin y del Centro de Investigación AMBER de Irlanda. Mientras que el profesor Robert Paul, del Departamento de Química de la Universidad de Durham, también fue un importante colaborador.
El primer autor, Arambali Savyasachi, ex estudiante de doctorado en la Escuela de Química de Trinity, que trabaja en TBSI, dijo: “Hemos podido crear ‘ligandos’ basados en aminoácidos que se autoensamblan. La estructura varía, de manera predecible y reproducible. — dependiendo del aminoácido que utilicemos, conocido como los componentes básicos de la vida forman una enorme diversidad, con miles de millones de funciones diferentes.
“Con esto en mente, tal vez no sea sorprendente que diferentes aminoácidos produzcan diferentes resultados de autoensamblaje, a veces dando un material suave, parecido a un gel, y otras veces más rígido, ‘moléculas maltizadoras’. Para nuestra sorpresa, y deleite — Descubrimos que podíamos controlar en gran medida el proceso y los resultados cuando añadíamos otras moléculas, como los iones de lantánidos, en aplicaciones de luminiscencia. Puedo hacer tapping”.
El profesor Gunnlaugsson, del equipo TBSI, dijo: “Este trabajo tiene muchas aplicaciones potenciales y, como siempre, hay mucho que aprender. Pero las moléculas que ya hemos desarrollado algún día se usarán en fotónica y pueden ser útiles en sistemas ópticos. donde los sensores altamente específicos son valiosos, o en aplicaciones de administración de medicamentos altamente específicas.
“Por ejemplo, las enzimas clave se expresan en mayores cantidades cuando el cuerpo está luchando contra una infección y comienzan a descomponer las moléculas. Los productos de esta descomposición molecular pueden estimular la actividad de tal manera que un fármaco liberado donde y cuando sea necesario reducirá algo de los efectos secundarios que conllevan muchas terapias menos dirigidas”.
Un beneficio adicional es que potencialmente se puede monitorear la actividad del cuerpo, en tiempo real, basándose en la luminiscencia.
La Dra. Oksana Kotova, del equipo TBSI de Trinity, añadió: “La luminiscencia es un producto muy útil de algunas interacciones moleculares desde un punto de vista biomédico. Junto con el profesor Robert Paul de la Universidad de Durham, descubrimos que nuestros conjuntos “similares a Maltiser” con lantánidos Los iones emiten activamente luz polarizada. Interacciones específicas del sitio dentro de medios biológicos o encuentran aplicación en dispositivos optoelectrónicos.
“Me gustaría decir que este trabajo sólo fue posible gracias a la colaboración multidisciplinaria entre químicos, bioquímicos, científicos de materiales y físicos dirigida por los profesores Thorfenor Gunlagsson, John J. Boland, Robert Paul, Matthias E. Moebius y D. Clive. Posible Williams.”
Al comentar sobre la importancia del trabajo, el profesor Ronan Daly del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Cambridge, que no participó en la investigación pero es un experto en el campo, dijo:
“Los ingenieros y científicos llevan mucho tiempo traspasando los límites de la fabricación, tomando los materiales que nos rodean y mecanizándolos o dándoles forma en estructuras más pequeñas y más precisas. Vemos muy bien este enfoque ‘de arriba hacia abajo’ en la forma en que puede ser”. utilizado en chips de computadora hasta estructuras a micro y nanoescala, nunca termina, sin embargo, impresiona a científicos e ingenieros con su increíble capacidad para crear estructuras moleculares complejas. Hacen clic juntos en la escala, luego hacen clic juntos en la nanoescala y por sí solos pueden formar completamente las cosas que vemos y damos por sentado todos los días.
“Este es un tema increíblemente apasionante de la investigación sobre el autoensamblaje, en el que diseñamos materiales ‘de abajo hacia arriba’ que ensamblan de forma natural las moléculas que necesitamos. ¡Pero tan buenos como la naturaleza!
“Este es un trabajo muy emocionante y muy riguroso que proporciona nuevos conocimientos sobre este control del autoensamblaje a escala molecular. Ayuda a que todo el campo avance al ampliar nuestra comprensión y proporciona un método altamente repetible y robusto para crear nuevas esferas a nanoescala que podrían día se utilizará, por ejemplo, en la futura administración de fármacos, para fluir alrededor del cuerpo y llegar directamente a un objetivo de fármaco o terapia genética”.
