¿Nano contra el coronavirus?

¿Las estructuras de tamaño nanómetro son demasiado pequeñas para poder verlas? – Hoy en día, con microscopios especiales, es posible: sistema de microscopía basado en iluminación estructurada (N-SIM, Nikon), resolución hasta el rango de los nanómetros inferiores gracias a la reconstrucción óptica estocástica (N-Storm, Nikon), microscopio de investigación diseñado ergonómicamente, microscopio de investigación invertido como base para procedimientos de superresolución (N-Dtorm N-SIM). (Imagen: Nikon)

¿Las estructuras de tamaño nanómetro son demasiado pequeñas para poder verlas? – Hoy en día, con microscopios especiales, es posible: sistema de microscopía basado en iluminación estructurada (N-SIM, Nikon), resolución hasta el rango de los nanómetros inferiores gracias a la reconstrucción óptica estocástica (N-Storm, Nikon), microscopio de investigación diseñado ergonómicamente, microscopio de investigación inverso como base para procedimientos de superresolución (N-Dtorm N-SIM). (Imagen: Nikon)

¿Las estructuras de tamaño nanómetro son demasiado pequeñas para ser vistas? – Hoy en día, con microscopios especiales, es posible: sistema de microscopía basado en iluminación estructurada (N-SIM, Nikon), resolución hasta el rango de los nanómetros inferiores gracias a la reconstrucción óptica estocástica (N-Storm, Nikon), microscopio de investigación diseñado ergonómicamente, microscopio de investigación invertido como base para métodos de superresolución (N-Dtorm N-SIM). (Imagen: Nikon)

¿Las estructuras de tamaño nanómetro son demasiado pequeñas para poder ver? – Hoy en día, con microscopios especiales, es posible: sistema de microscopía basado en iluminación estructurada (N-SIM, Nikon), resolución hasta el rango de los nanómetros inferiores gracias a la reconstrucción óptica estocástica (N-Storm, Nikon), microscopio de investigación diseñado de manera ergonómica, microscopio de investigación inverso como base para procedimientos de superresolución (N-Dtorm N-SIM). (Imagen: Nikon)

El óxido de hierro lo conocemos como óxido de hierro, el óxido que intentamos evitar. Sin embargo, el nano-óxido de hierro es un potente medio de contraste para procedimientos de imagen médica. El nano-grapheno, entre otras cosas, proporciona la base para nuevos detectores de infrarrojo lejano – y, por último: las vacunas basadas en nanopartículas podrían hacer que el virus SARS-CoV-2 sea inofensivo.

Las vacunas vivas presentan un riesgo para la seguridad, ya que pueden volver a su estado virulento. Las vacunas inactivadas son comparativamente más débiles y resultan más complicadas de fabricar. La nanotecnología ofrece soluciones para ambos puntos débiles de las vacunas convencionales.

En forma y tamaño, las nanopartículas utilizadas se asemejan a un virus y, por lo tanto, son especialmente bien rodeadas por células presentadoras de antígenos. Estas, a su vez, activan la respuesta inmunitaria específica deseada. Una característica de muchas vacunas de nanopartículas: los epítopos, es decir, los fragmentos moleculares que desencadenan la respuesta inmunitaria de un antígeno, se repiten (epítopos repetitivos), lo que facilita su reconocimiento.

Las vacunas basadas en nanopartículas no son totalmente nuevas. Ya en 1986, se aprobó una para la hepatitis B. Hoy en día, existen varias posibilidades. Por ejemplo, las partículas en el rango de 1 a 1000 nanómetros pueden servir como materiales portadores, como en la vacuna contra la hepatitis B.

Uno de los conceptos más prometedores, sin embargo, es implementado por la empresa de Riehen, Alpha-O Peptides, en sus nanopartículas proteicas autoagregantes. Las proteínas utilizadas se unen debido a interacciones hidrofóbicas e iónicas formando nanopartículas de proteínas. Se forman estructuras primarias de hélices alfa, que mediante un entrelazamiento fuerte crean estructuras «superespiralizadas». Se ha logrado construir una plataforma de nanopartículas para vacunas basada en esto, con una estructura básica de cierta simetría y tamaño (más exactamente, simetría dodecaédrica-icosaédrica, tamaño de partícula: 16–25 nm, similar a una cápside viral). Esta estructura básica puede ser ajustada para combatir diferentes virus (por ejemplo, mediante la elección de los epítopos).

Alpha-O Peptides ya tiene en marcha una vacuna contra la malaria (estado: ensayos clínicos en humanos, fase I/IIa en EE. UU.) y ahora ha desarrollado otra contra el virus SARS-CoV-2. Actualmente se prueba en experimentos con animales si realmente estimula al cuerpo a producir anticuerpos y si estos pueden, en última instancia, hacer que el virus sea inofensivo.

Vacuna de nano-inmunización de dos componentes más cómoda

Otra vacuna innovadora, ya probada en experimentos con monos, se basa en la llamada RNA replicón (repRNA). Ventaja: estimula la producción de anticuerpos de manera muy intensa, sin necesidad de ingresar al núcleo celular. Desventaja: fuera de las células, el repRNA se degrada rápidamente por enzimas.

Pero esta desventaja puede compensarse ahora mediante el transporte del principio activo a las células en nanopartículas especiales y protectoras, llamadas «Lipid InOrganic Nanoparticles» (Lions). Si el llamado HDT-301 resulta exitoso en los estudios clínicos, se dispondría de una vacuna de dos componentes; estos podrían fabricarse de manera cómoda por separado y unirse en el lecho del paciente, lista para inyectar.

Nanopartículas de óxido de hierro para imágenes combinadas de resonancia magnética / tomografía computarizada

Otra aplicación médica de la nanotecnología se refiere a la resonancia magnética (RM). Aquí se aprovecha que los tiempos de relajación de los núcleos de hidrógeno excitados varían según el tejido, creando un «contraste». La adición selectiva de nanopartículas de óxido de hierro permite ajustar finamente este efecto para una imagen más clara, ya que estas nanopartículas alteran la relajación de los núcleos de hidrógeno en su entorno.

Muchas ideas van mucho más allá. Por ejemplo, las nanopartículas de óxido de hierro pueden incorporarse en nanopartículas poliméricas. En forma de nanopartículas núcleo/capa «Fe3O4@MAOETIB», que se producen en masa, pueden usarse tanto para la RM como para la tomografía computarizada (TC). Como agentes de contraste duales para estudios combinados de TC y RM, tienen un gran potencial para simplificar la visualización de tumores.

En el campo de la espectroscopía infrarroja, las estructuras finas de grafeno ofrecen un nuevo enfoque para detectores mejorados. Se trata de detectores de fotodetección en infrarrojo lejano con nanobandas de grafeno como elemento fotosensible, además de fósforo negro y arsénico. Investigadores del Laboratorio de Materiales 2D y Nanodispositivos, Moscú, ven la oportunidad de reemplazar todos los detectores de radiación en infrarrojo lejano y terahercio con estos detectores, lo cual sería una competencia emocionante. Los sensores infrarrojos se utilizan en áreas tan diversas como dispositivos de visión nocturna, controles remotos, sistemas de puntería y sensores de ritmo cardíaco, pero también – como alternativa a los rayos X – en escáneres de equipaje.

Síntesis masiva de varillas nanométricas complejas

Para predecir las propiedades ópticas, catalíticas o magnéticas de nanopartículas complejas, hoy en día se emplea con frecuencia inteligencia artificial. Funciona de manera tan exitosa que, a menudo, el cuello de botella ya no es el diseño de nuevos materiales, sino la síntesis masiva de una gran cantidad de candidatos prometedores, ideados por la computadora. Con equipos estándar de laboratorio de vidrio, ahora se pueden producir muy rápidamente hasta 65,000 varillas nanométricas con diferentes combinaciones de materiales de sulfuro metálico; hace unos años, esto habría llevado meses o años.

Así, en la edición de este año de Ilmac en Basilea, se podrá experimentar con una química nanométrica extremadamente diversa, que probablemente evolucione mucho más dinámicamente de lo que se podría haber imaginado recientemente.