Aínda que dun xeito non sempre consciente, calquera persoa coñece a quiralidade: só tes que pensar no que acontece cando pos unha man, por exemplo a esquerda, por enriba da outra (a dereita). Os dedos maimiños e gordos de cada man non se corresponden, de igual xeito que cando ves a túa imaxe nun espello e levantas o brazo esquerdo, a figura do espello levantará o dereito.
Esta propiedade, a priori sinxela, ten implicacións cruciais na bioloxía. Empregar este coñecemento para a fabricación de nanopartículas é parte do traballo de Luis Liz Marzán, investigador principal do grupo de Nanomateriais Biomiméticos do CINBIO (Centro de Investigación en Nanomateriais e Biomedicina cofinanciado con fondos FEDER). Xunto ao seu equipo, Liz Marzán tenta levar todo o coñecemento da natureza ao seu laboratorio a través dunha área do saber tan descoñecida como importante: a biomimética.
Copiar ao mellor mestre
Segundo explica o investigador do CINBIO, a biomimética é o estudo da natureza co obxectivo de desenvolver tecnoloxías artificiais semellantes, que imiten a estrutura, deseño e funcionalidade de entes biolóxicos xa existentes. No seu caso, céntranse na fabricación de materiais nanométricos, cunhas propiedades moi especiais e que “imitan o que a natureza foi optimizando ao longo de millóns de anos de evolución”.
Se trasladamos isto a un exemplo concreto, engade Liz Marzán, podemos pensar na fabricación de nanomateriais capaces de recoñecer dun xeito selectivo proteínas que sexan de interese biomédico, como marcadores dunha enfermidade. Unha tarefa, explica, que non é sinxela: “Temos que ter en conta que cando introducimos un nanomaterial no corpo hai un montón de proteínas libres na contorna do torrente sanguíneo e nos tecidos que se pegan á superficie das partículas e que poden afectar o funcionamento das mesmas”.
O científico refírese ao fenómeno coñecido como coroa proteica, que pode aumentar considerablemente o tamaño da partícula influenciando polo tanto os lugares do corpo aos que poderá chegar. Malia que se coñece dende hai tempo, aínda hai incertezas sobre o seu comportamento: “Non está moi claro por que certas proteínas interactúan con certos tipos de partículas, e hai un debate candente sobre a composición desta coroa nunhas condicións que imiten ás do corpo humano, xa que é moi complexo de analizar”. A maioría dos estudos, engade, fanse en cultivos celulares, nunha contorna moi distinta do que realmente acontece no corpo humano.
“Espelliño, espelliño”
A quiralidade pode entenderse como a ausencia dunha simetría. E é curioso, porque é unha propiedade presente tanto en escalas grandes, como o noso corpo ou mesmo nas galaxias, como en escalas diminutas: no mundo nano (millonésimas de milímetro), a quiralidade define parte da actividade das proteínas e de moitas moléculas. No caso das primeiras é verdadeiramente importante, xa que a súa funcionalidade enténdese en boa parte grazas á súa estrutura tridimensional. Segundo conta o científico do CINBIO, empregar a quiralidade “incorrecta” no deseño dun medicamento pode ter consecuencias tremendas: “Normalmente ti tes unha estrutura e a súa imaxe especular, que non se poden superpoñer, o cal implica que a actividade que haxa a un e outro lado do “espello” vai ser moi distinta, e vai ter unha consecuencia biolóxica diferente”, reflexiona.
Un exemplo claro é o caso da talidomida, un fármaco empregado no pasado para aliviar os síntomas de náuseas nas embarazadas. A falla de pureza do medicamento provocou efectos moi graves en boa parte dos rapaces e rapazas que naceron, “e isto foi debido a que se empregou a imaxe especular que non correspondía”.
A quiralidade, aínda que descoñecida para un público xeral, leva anos no foco de moitas investigacións biomédicas. De feito, lembra Liz Marzán, xa houbo varios Premios Nobel adicados a técnicas pioneiras para desenvolver a síntese selectiva de moléculas con quiralidades determinadas: “Dende hai moito somos conscientes de que é un asunto crucial á hora de fabricar medicamentos efectivos e que non teñan riscos para a saúde”.
Diagnose e tratamento
No grupo de Nanomateriais Biomiméticos adícanse á fabricación de nanomateriais inorgánicos quirais, algo que, segundo o científico, non se fixera ata hai relativamente pouco tempo. Porén, o persoal investigador do CINBIO amosa unha ampla experiencia traballando neste tipo de estruturas: “Hai cinco anos publicamos un traballo na revista Science que é un dos primeiros que describe como obter ditas partículas quirais metálicas dun xeito reproducible e cunha estrutura ben definida”.
Para conseguilo, axúdanse de ferramentas como a IA e o machine learning e, deste xeito, poden atopar as estruturas máis apropiadas para cada proteína. Trátase, en resumidas contas, dun traballo biomimético, xa que tentan reproducir o que fai a natureza, descifrar o modo de reproducilo nun laboratorio e, quizais, “nun futuro isto podería axudar a substituír certas proteínas en medicamentos”.
A fabricación de nanopartículas con fins biomédicos ten dúas aplicacións principais: a diagnose de enfermidades e o tratamento das mesmas. Dentro do CINBIO, as científicas e científicos do grupo de Nanomateriais Biomiméticos traballa nos dous ámbitos, malia que centrándose máis no primeiro: “Desenvolvemos nanopartículas de ouro porque é un dos materiais máis sinxelos de traballar, precisamente polo seu carácter de metal noble, pola súa estabilidade química e porque na escala nanométrica ten unhas propiedades peculiares, chamadas plasmónicas, que definen a súa interacción coa luz”. Esta propiedade é o que permite identificar a nanopartícula dentro do corpo grazas ás súas propiedades ópticas e, deste xeito, pódense identificar células daniñas para o corpo humano que interactúan coa nanopárticula dun xeito específico.
Porén, ditas nanopartículas poderían ter unha aplicación vital para o tratamento de enfermidades como o cancro: “Outra propiedade destes materiais é que, cando se iluminan cun láser dunha cor determinada, poden quentarse dun xeito moi local, actuando como un axente capaz de destruír células daniñas como as dos tumores”.
