Nanotubos de carbono como canales iónicos artificiales

Investigación UPV/EHU

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Un estudio en el que ha participado el grupo de Nanomecánica de Membranas liderado por el profesor Ikerbasque Dr. Vadim Frolov en la Unidad de Biofísica de la UPV/EHU, sugiere que los nanotubos de carbono de pared simple podrían ser utilizados como andamio universal para ayudar a replicar las propiedades de los canales de las membranas celulares. Los resultados del estudio han sido publicados en Nature.

Estos canales artificiales podrían tener importantes usos bioingeniría en futuros tratamientos médicos: podrían usarse para el suministro específico y muy controlado de medicamentos, servir como base de una nueva generación de biosensores, de sistemas mejorados de secuenciación del ADN y como componentes de células artificiales.

Las membranas biológicas definen la arquitectura funcional de los sistemas vivos: son selectivamente permeables, mantienen la identidad química de las células y orgánulos intracelulares y regulan el intercambio de material entre ellos. El control del transporte de iones y pequeñas moléculas a través de las membranas celulares lo realizan proteínas altamente especializadas que canalizan estas moléculas a través de la membrana. Los recientes avances en nanotecnología y nanofabricación han permitido la síntesis y fabricación de compuestos artificiales destinados a cumplir las funciones de los canales transmembrana y de los transportadores. El comportamiento de estos compuestos artificiales es cada vez más parecido al de las proteínas celulares en sus características básicas: selectividad molecular, direccionamiento hacia la membrana y eficiencia del transporte. Sin embargo, todavía sigue siendo un reto crear un prototipo universal y versátil para fabricar canales con determinadas propiedades de transporte.

El estudio en el que ha participado el grupo del Dr. Vadim Frolov, profesor investigador Ikerbasque de la Unidad de Biofísica de la UPV/EHU, y dirigido por el Dr. Alex Noy de Lawrence Livermore National Laboratories (EE. UU.), sugiere que los nanotubos de carbono de pared simple (CNT) pueden utilizarse como estructura con propiedades similares de afinidad y de transporte que los canales proteicos. Los nanotubos son transportadores muy eficientes, debido a que su estrecho diámetro (de 1 nm aproximadamente) e interior hidrofóbico es muy similar a la estructura funcional general general de dichas proteínas.

Los investigadores han descubierto que los CNTs ultracortos cubiertos por moléculas de lípidos forman canales tanto en membranas artificiales como en las membranas de células vivas. Estas estructuras se mantienen estables en disolución y se insertan espontáneamente en las membranas. Asimismo, los investigadores han observado que los CNTs insertados en una membrana contienen propiedades de transporte comparables a las de los canales iónicos pequeños. Además, han evidenciado que tales CNTs también son capaces de transportar ADN.

Según explica Frolov, los mecanismos de transporte transmembrana mediante CNTs ultracortos requieren una investigación más extensa, por lo que el proyecto de colaboración entre los grupos de Lawrence Livermore National Laboratories y de la UPV/EHU no ha concluido todavía. Los científicos esperan que mediante modificaciones químicas sofisticadas, la optimización de los procesos de producción y la utilización de otros métodos de nanofabricación, puedan llegar a producir canales iónicos plenamente funcionales basados en CNTs ultracortos.

Referencia:

J. Geng, K. Kim, J. Zhang, A. Escalada, R. Tunuguntla, Luis R. Comolli, Frances I. Allen, Anna V. Shnyrova, Kang Rae Cho, D. Munoz, Y. MorrisWang, Costas P. Grigoropoulos, Caroline M. Ajo-Franklin, Vadim A. Frolov & A. Noy. Stochastic transport through carbon nanotubes in lipid bilayers and live cell membranes. Nature, 30 october 2014, Vol. 514. DOI: 10.1038/nature13817

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

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