27.05.2021 - Washington State University

El método de los rayos X blandos promete avances en los nanotransportadores

Antes de que se haga realidad el enorme potencial de los minúsculos nanotransportadores para la administración de fármacos altamente selectivos y la limpieza del medio ambiente, los científicos tienen que poder verlos primero

En la actualidad, los investigadores tienen que recurrir a la fijación de tintes fluorescentes o metales pesados para etiquetar partes de las estructuras orgánicas de los nanotransportadores para su investigación, a menudo modificándolas en el proceso. Una nueva técnica que utiliza rayos X "suaves" sensibles a los productos químicos ofrece una forma más sencilla y no disruptiva de obtener información sobre este nanomundo.

En un estudio publicado por Nature Communications, un equipo de investigación demuestra la capacidad del método de rayos X en una nanopartícula inteligente de administración de fármacos y en una nanoestructura de polisonda destinada a capturar el petróleo crudo vertido en el océano.

"Hemos desarrollado una nueva técnica para observar la estructura interna, la química y el comportamiento medioambiental de los nanotransportadores sin necesidad de etiquetarlos, una nueva capacidad que hasta ahora no era posible", afirma Brian Collins, físico de la Universidad Estatal de Washington y autor correspondiente del estudio. "En la actualidad, se necesitan etiquetas fluorescentes para ver el interior de los nanotransportadores, pero esto puede modificar su estructura y comportamiento, especialmente si están hechos de materiales basados en el carbono. Con esta nueva técnica, hemos podido ver el interior de estos nanotransportadores, analizar sus identidades químicas y sus concentraciones, y hacerlo todo en su estado totalmente natural, incluido su entorno acuático."

Los nanotransportadores orgánicos utilizados para la administración de fármacos suelen crearse a partir de moléculas basadas en el carbono, que aman o detestan el agua. Estas moléculas, denominadas hidrofílicas e hidrofóbicas, se unen entre sí y se autoensamblan en el agua, con la parte que odia el agua escondida dentro de un caparazón de los segmentos que la aman.

Los fármacos hidrofóbicos también se insertarán en la estructura, que está diseñada para abrirse y liberar el fármaco sólo en el entorno enfermo. Por ejemplo, la tecnología de los nanotransportadores tiene el potencial de permitir una quimioterapia que sólo mate las células cancerosas sin enfermar al paciente, lo que permitiría dosis más eficaces.

Aunque los nanotransportadores pueden crearse de este modo, los investigadores no pueden ver fácilmente los detalles de sus estructuras ni siquiera la cantidad de fármaco que permanece dentro o se escapa. El uso de etiquetas fluorescentes puede resaltar partes de los nanotransportadores -incluso hacerlos parpadear-, pero también cambian los portadores en el proceso, a veces de forma significativa.

En cambio, la técnica que Collins y sus colegas han desarrollado utiliza rayos X resonantes suaves para analizar los nanotransportadores. Los rayos X blandos son un tipo especial de luz que se encuentra entre la luz ultravioleta y los rayos X duros, que son los que utilizan los médicos para ver un hueso roto. Estos rayos X especiales son absorbidos por casi todo, incluido el aire, por lo que la nueva técnica requiere un entorno de alto vacío.

El equipo de Collins adaptó un método de rayos X blandos para investigar la electrónica de plástico imprimible, basada en el carbono, para que funcionara en estos nanotransportadores orgánicos basados en el agua, penetrando en una fina porción de agua para hacerlo.

Cada enlace químico absorbe una longitud de onda o un color diferente de los rayos X blandos, por lo que, para este estudio, los investigadores seleccionaron los colores de los rayos X para iluminar diferentes partes de un nanotransportador de medicina inteligente a través de sus enlaces únicos.

"Esencialmente, ajustamos el color de los rayos X para distinguir entre los enlaces ya existentes en la molécula", dijo Collins.

Esto les permitió evaluar la cantidad y el tipo de material que había en su núcleo interno, el tamaño y el contenido de agua en la nanocáscara circundante, así como la forma en que el nanotransportador respondía a un entorno cambiante.

También utilizaron la técnica de los rayos X blandos para investigar un nanoportador de polisopa que se desarrolló para capturar el petróleo crudo derramado en el océano. Las polisondas pueden crear un nanocápsula a partir de una sola molécula, lo que maximiza su superficie para capturar hidrocarburos como los que se encuentran en un vertido de petróleo. Con la nueva técnica, los investigadores descubrieron que la estructura abierta en forma de esponja de una polisopa puede persistir desde concentraciones altas hasta bajas, lo que la hará más eficaz en aplicaciones del mundo real.

"Es importante que los investigadores puedan examinar todas estas estructuras de cerca, de modo que puedan evitar el costoso proceso de prueba y error", dijo Collins.

Esta técnica debería permitir a los investigadores evaluar el comportamiento de estas estructuras en diferentes entornos, dijo Collins. Por ejemplo, para la administración inteligente de fármacos, puede haber diferentes temperaturas, niveles de pH y estímulos en el cuerpo, y los investigadores quieren saber si las nanoestructuras se mantienen unidas hasta que se den las condiciones adecuadas para aplicar el fármaco. Si pueden determinar esto en una fase temprana del proceso de desarrollo, podrán estar más seguros de que los nanotransportadores funcionarán antes de invertir en estudios médicos que requieren mucho tiempo.

"Prevemos que esta nueva técnica permitirá un ritmo mucho más rápido y una mayor precisión en el diseño y el desarrollo de estas emocionantes nuevas tecnologías", dijo Collins.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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