Membranas de hidrogel ‘inteligentes’ que contienen fármacos y nanopartículas

Hay ciertas áreas de la ciencia que parecen recientes o novedosas, pero en realidad se han explorado de forma casi desapercibida durante siglos. Por ejemplo, la nanotecnología renovó su interés durante el siglo XX con trabajos teóricos como los de los físicos Richard Feynman y Norio Taniguchi y avances tecnológicos como la invención del Microscopio de Efecto Túnel en 1981, que permitió visualizar las superficies a nivel atómico. Sin embargo, los artesanos romanos ya empleaban nanopartículas hace más de siete siglos.

La copa de Licurgo es el mejor ejemplo de ello. Se remonta a la Roma del siglo IV d.C. y está elaborada con un cristal que cambia de color en función de si la luz pasa por él o no. El artesano que la creó empleó nanopartículas de oro y plata que introdujo de forma metódica en el interior del material para que la copa mantuviera un color entre dorado y verdoso, pero cambiara a un rojo intenso con el impacto directo de la luz.

Copa de Licurgo.

Actualmente, hay estudios que se centran en comprobar cómo funcionan las nanopartículas cuando están encapsuladas en otros materiales en ámbitos como la medicina. Muestra de ello es el trabajo de un equipo de investigación internacional compuesto por científicos de la Universidad de Málaga, el Instituto Jožef Stefan (Eslovenia), la Universidad de Freiburg (Alemania) y el Instituto Coreano de Estudios Avanzados (Corea del Sur), que ha simulado una membrana de hidrogel para encapsular nanopartículas con fármacos y dirigirlas dentro del organismo.

De igual modo que los artesanos de la época comprobaban qué materiales eran los más adecuados para crear obras como la Copa de Licurgo, los expertos del Grupo de Investigación para Simulaciones de Materiales en Aplicaciones Energéticas (Research Group for Simulations of Energy Materials) explican que estudiaron distintas combinaciones de átomos y moléculas para controlar, a través de los cambios de temperatura, las reacciones químicas y la permeabilidad de la membrana. Esto es, la capacidad del material para abrir y cerrar sus poros, permitiendo así la salida de la medicación de contiene sin dañar zonas sanas. “En concreto, intentamos diseñarlo con las mismas funciones que las enzimas artificiales. Éstas emulan la actividad de las naturales y, una vez aplicadas a ciertas sustancias, pueden descomponer toxinas dañinas para el organismo”, explica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Málaga Rafael Roa.

Equipo de investigación en el que participa el experto de la Universidad de Málaga Rafael Roa.

Simulación por ordenador

La simulación mediante programas informáticos permite a los científicos recrear cómo actuaría la membrana que han diseñado átomo a átomo, en el interior del organismo bajo circunstancias como los cambios de temperatura. De este modo, los expertos analizan el material en detalle y obtienen información sobre cómo funcionaría en situaciones reales. “La dificultad de estas simulaciones reside en el nivel de detalle, dado que hemos tenido que comprobar cuál es la combinación más adecuada para que la membrana funcione de la manera deseada. Además, sirven para aplicarlas en ensayos más amplios”, comenta Rafael Roa.

En el estudio, los científicos describen que las membranas tendrían forma esférica, estarían formadas por un tipo de hidrogel y serían ochenta veces más pequeñas que la punta de un cabello. “Al calentarlo y en función del líquido que contenga, al material se le abren poros diminutos por los que penetra el producto hasta la zona del organismo afectada. Cuando baja la temperatura, el polímero vuelve a cerrarse y es impenetrable”, detalla Rafael Roa.

En el centro, nanopartícula de oro recubierta por la membrana de hidrogel.

Aunque los historiadores aún no saben si el artesano de la Copa de Licurgo añadió las nanopartículas de forma accidental o consciente, en aquella época el único medio para obtener piezas únicas era el ensayo y error, con la consecuente inversión económica que ello implica. Pero así era la nanotecnología del pasado. Con la del presente, los científicos pueden simular y analizar cómo reaccionará el tipo de hidrogel que han diseñado para contener la nanopartícula sin necesidad de emplear materiales reales. Tan solo es necesario un ordenador y el programa informático adecuado para ello.

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