Nanoarquitectura molecular con bloques de LEGO

El científico de materiales Chun-Long Chen del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) se ha propuesto copiar a la propia naturaleza a una escala con muy pocos precedentes. Chen investiga los componentes básicos de las proteínas, los péptidos, pues le sirven de inspiración para desarrollar nonomateriales biomiméticos con funciones únicas.

Detengámonos por un momento en las siguientes invenciones humanas: el velcro, los aviones, el sonar o el autogiro. ¿Qué piensa que tienen en común? Pues que cada uno de estos prodigios se inspiraron en la naturaleza. El velcro no es más que una copia de las semillas de bardana. En un paseo por los Alpes, el ingeniero suizo Georges de Mestral vio cómo estas semillas se quedaban adheridas al pelaje de su perro Milka, aunque también a sus propios calcetines y abrigo. Aquello fue en 1941 y nuevo años más tarde patentó la idea para comercializarla con rapidez. El término velcro es un acrónimo de las palabras fancesas velorous (terciopelo) y croché (gancho). Un invento copiado de la naturaleza que ha llegado a la Luna: fue usado en las misiones Apolo, los propios Neil Armstrong y Buzz Aldrin llevaban trajes y para las recogidas de muestras que usaban bolsas con velcro. Por otra parte, las aves propiciaron el desarrollo de los aviones, los murciélagos dos dieron pistas para la ecolocalización y Juan de la Cierva se inspiró en la semilla de sicómora para inventar y perfeccionar su maravilloso autogiro.

Moléculas y LEGOs

Chen, junto a otros dos autores, publicó una artículo en agosto bajo el título Nanomateriales jerárquicos ensamblados a partir de peptoides y otros polímeros sintéticos definidos por secuencia. Se destacan en dicho trabajo las técnicas modernas para monitorear los mecanismos de ensamblaje y caracterizar las propiedades fisicoquímicas de dichos sistemas de autoensamblaje. Uno de los objetivos fundamentales del estudio fue mostrar que las características de estos nanomateriales permiten la construcción de materiales funcionales miomiméticos robustos con alta programabilidad y predictibilidad. Como si de Legos de tamaño molecular se tratasen.

Estos nanomateriales "bioinspirados" se muestran prometedores en un abanico de aplicaciones que va desde la administración de fármacos hasta la energía fotovoltaica. “Estoy muy inspirado por los logros de Chun-Long en este campo, y realmente creo que está comenzando a descubrir todo tipo de nuevas aplicaciones para nanoestructuras peptoides biomiméticas”, ha dicho Ronald Zuckermann, del Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley (LBNL). “Su investigación está abriendo una nueva era en la nanociencia biomimética, donde podemos manipular nanomateriales sintéticos con precisión atómica para resolver problemas de reconocimiento molecular, en catálisis y en terapia”.

¿Qué es un peptoide?

La investigación de Chen se centra en el desarrollo de peptoides de secuencia definida para así poder imitar proteínas naturales, tanto para la cristalización biomimética como ara el ensamblaje de materiales biomiméticos. Las estructuras creadas por estos moléculas superan en propiedades a las moléculas individuales. Un ejemplo es el de las proteínas, que contiene varias estructuras que van por capas, como las muñecas rusas en las que unas están dentro de las otras. Los aminoácidos se unen para formar las moléculas de péptidos y, estos, formarán las proteínas. Pero los peptidos se pliegan para formar estructuras tridimensionales que aportan una función a la proteína. En un siguiente nivel las proteínas pueden unirse para formar complejos para funciones únicas que van más allá de las propiedades individuales de las proteínas.

Un peptoide es un tipo de peptidomimético, una estructura molecular diseñada para sustituir un péptido y reemplazarlo para que interactúe con receptores y enzimas. Es como una molécula con un libro de instrucciones dentro, programada para desempeñar una función concreta, disfrazada de lo que no es pero haciendo lo que tiene que hacer. Intrusismo laboral en toda regla, pero con final feliz.

Los peptoides (glicina poli-N-sustituidas) son, por tanto, unas moléculas que pretenden imitar a los péptidos. Son, por tanto, péptidos miméticos. No son del todo una novedad, pero sí que son objeto de intenso estudio en la actualidad y tienen un futuro prometedor. Fueron J. Simon, Paul Bartlett y Daniel V. Santi los primeros que publicaron un artículo al respecto en 1992, bajo el título Peptoides: un enfoque modular para el descubrimiento de fármacos.

“La creación de polímeros sintéticos que se autoensamblan en nanomateriales jerárquicos del mismo modo que las macromoléculas naturales es muy emocionante, aunque el campo es aún relativamente nuevo”, dice Chen. Esta es una de las novedades y líneas de investigación que se muestran en las investigaciones de Chen, respecto a los orígenes de los peptoides en 1992. Las posibilidades son, literalmente, infinitas:


“En principio podemos usar peptoides como una plataforma de bloques de construcción programables y ensamblarlos como se hace con los bloque de de construcción de LEGO para así desarrollar materiales jerárquicos de alto contenido de información”

 

Una carrera prometedora

Chen
Créditos: Por Andrea Starr, Pacific Northwest National Laboratory

Chen trabajó en el LBNL con Ron Zuckermann, uno de los creadores de las técnicas para crear péptidos miméticos. Desde que ha sido reclutado en el PNNL su investigación se ha centrado en el diseño de peptoides definidos en secuencia capaces de autoensamblarse. Es como tirar las piezas de LEGO necesarias sobre una plataforma de construcción y que se construya por sí mismo aquello que queríamos montar. Salvando las distancias, obviamente. El propio Chen remarca que “hubo muchas pruebas y errores que involucraban a la creación de las moléculas en sí mismas y en la posterior formación de grandes estructuras”. Es la ciencia en estado puro.

Chun-Long Chen y su grupo formarán parte del elenco de un número especial en Chemical Review. “Es un gran honor para nuestro equipo ser parte de este número especial de autoensamblado molecular”, ha manifestado el científico. Para su inminente publicación han reunido a dos antiguos colegas, Zhiliang Li y Bin Cai, actualmente profesores en la Universidad de Shandong (China). Entre los tres firman esto artículo que pretende hacer una análisis exhaustivo del estado en el que se encuentra el arte del autoensamblaje molecular en peptoides y otros polímeros de secuencia definida en nanomateriales, además de sus posibles aplicaciones.

Uno de los autores, Bin Cai, dijo: “Mientras trabajaba con Chun-Long, obtuve conocimientos valiosos en el campo de la bioquímica, tales como el diseño y síntesis de biomoléculas, la síntesis orgánica y el autoensamblaje molecular. […] Además, su visión científica y su actitud optimista me impactaron enormemente y me dieron una dirección a mi carrera”. Debemos estar atentos a lo que consigue Chen, pues pronto podríamos tener "minilegos" programados circulando por nuestras venas.

Eugenio Manuel Fernández Aguilar

Eugenio Manuel Fernández Aguilar

Soy físico de formación, aunque me interesan todas las disciplinas científicas. He escrito varios libros de divulgación científica y me encanta la Historia de la Ciencia.

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