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Detalle de la frústula de Arachnoidiscus. Autor: Jan Michels. Fuente: ZEN-NEURAL Net
Las partículas de sílice mesoporosas (Ø poro: 2-50 nm) son la piedra angular de la nanomedicina: permiten el transporte eficaz de fármacos al interior del cuerpo gracias a su biocompatibilidad, resistencia y estabilidad térmica. Pero su síntesis artificial es difícil y costosa además de emplear compuestos tóxicos.
Una alternativa prometedora son las frústulas de diatomeas, estructuras silíceas 3D con alta porosidad, área superficial y estabilidad mecánica.
Galeria Vittorio Emmanuele II (Milan). Fuente: Milano Life.
El hecho de que sea necesario aplicar fuerzas enormes para romperlas se debe a la defensa que ofrecen contra los predadores. La resistencia y ligereza de sus formas las convierte en fuente de inspiración para soluciones biomiméticas en ingeniería civil y diseño industrial.
En un capítulo de Evolution of Lightweight Structures (Kooistra & Pohl, 2015), encontré ejemplos preciosos de diseños arquitectónicos que son (funcional y estructuralmente) copias a escala gigante de diatomeas, como la cúpula central de la Galería Vittorio Emmanuele y Arachnoidiscus.
Thalassiosira pseudonana y Escherichia coli. Autor: Deerinck T. & Karas B. Fuente: Algae Industry Magazine
La ingeniería genética en diatomeas es ya una realidad. En 2015 científicos del JCVI (J. Craig Venter Institute) publicaron en Nature Communications un método para introducir ADN en Phaeodactylum tricornutum y Thalassiosira pseudonana mediante Escherichia coli. Esto abre, entre otras, la posibilidad de manipular genéticamente a las diatomeas con fines biotecnológicos.
Y entre dichos fines, cómo no! se encuentran las investigaciones en nanomedicina.
Mismo año y misma revista: científicos australianos (Delalat y col.) publican el uso de diatomeas (Thalassiosira pseudonana) modificadas genéticamente para que incorporen GB1 en sus frústulas.
Verde (frústulas de T. pseudonana), amarillo (liposomas+fármaco), púrpura (linfocitos B), rojo (células cancerosas del neuroblastoma). Fuente: Fig. 1 Delalat y col. (2015).
GB1 es un dominio de unión de la proteína G: el pegamento para ligar anticuerpos IgG (inmunoglobulina G, la más abundante de nuestro cuerpo) que reconocerán después a las células tumorales (en este caso, neuroblastoma humano SH-SY5Y).
Antes de ligarles los anticuerpos las células de Thalassiosira fueron lisadas. Sobre sus restos, las frústulas vacías, incorporaron un fármaco hidrófobo en gotitas microscópicas de grasa (liposomas) unidas electrostáticamente.
Delalat y col. demostraron que las frústulas funcionalizadas eran capaces de acceder y matar selectivamente células tumorales in vitro y en ratones sin daños aparentes en los tejidos. Y al incubarlas con linfocitos B y T se adherían específicamente a los primeros, responsables de la respuesta inmunitaria humoral y de la producción de anticuerpos.
Un primer paso en la aplicación de las frústulas de diatomeas como soporte para nanoterapias contra el cáncer y otras enfermedades…
Nota: esta entrada se publicó el 11 de abril en Naukas
Referencias:
-Delalat B. et al. Targeted drug delivery using genetically engineered diatom biosilica. Nature Communications 6:8791 | DOI: 10.1038/ncomms9791 (2015).
-Hamm C.E. et al. Architecture and material properties of diatom shells provide effective mechanical protection. Nature 421:841-843 (2003)
-Karas B.J. et al. Designer diatom episomes delivered by bacterial conjugation. Nature Communications 6:6925 | DOI: 10.1038/ncomms7925 (2015).
-Kooistra, W.H.C.F. & Pohl, G. Diatom Frustule Morphology and its Biomimetic Applications in Architecture and Industrial Design. In: Evolution of Lightweight structures. Analyses and Technical Applications. Springer, 206 pp. (2015).