Dulces nano: el azúcar que no engorda

09/02/2015 0 comentarios
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El mensaje de hoy en Big Nano: las nanopartículas nunca están desnudas y, si conseguimos recubrirlas con azúcares, las podemos utilizar para muchas cosas, como por ejemplo, estudiar infartos cerebrales.

 Izquierda: Granos de azúcar refinado vistos con un microscopio de polarización (fuente: wikipedia). Derecha: ejemplo de una nanopartícula dulce (fuente: GOG)

El azúcar refinado, esos granitos cristalinos que endulzan y conquistan paladares del mundo entero, ya no son un objeto precioso y exclusivo. Esta sustancia llamada sacarosa, ha pasado a ser un producto comercial masivo. Ahora sabemos, sin embargo, que el consumo excesivo de sacarosa se relaciona con el aumento de enfermedades como la obesidad o la diabetes.

La sacarosa es, no obstante, solo un tipo de azúcar entre otros muchos. Y todavía más importante: existen otros posibles usos de los azúcares, aplicaciones que pueden resultar de lo más interesantes para la investigación biomédica. 

Azúcares, antenas moleculares

Los carbohidratos desempeñan un papel importante en muchos procesos biológicos como, por ejemplo, el reconocimiento por parte del sistema inmunológico de agentes patógenos. Esto se debe a que los azúcares son capaces de reconocer a otros azúcares o proteínas presentes en la superficie de las bacterias o células. El campo de aplicación de azúcares en biomedicina va, por tanto, desde el desarrollo de vacunas hasta de sensores moleculares.

Las interacciones azúcar-azúcar y azúcar-proteína son, no obstante, muy débiles si se comparan con otros tipos de interacciones moleculares. Es por ello, que en la naturaleza, es necesaria la presencia simultánea de varios azúcares para que "la biología funcione". Esto es lo que se conoce como multivalencia. Por tanto, cuando los científicos pretenden reproducir estos reconocimientos celulares, necesitan crear sistemas multivalentes artificiales. Esto se puede conseguir, por ejemplo, recubriendo nanopartículas con azúcares.

 

Ilustración de eventos de reconocimiento celular basados en multivalencia (fuente: FU Berlin, AK Haag).

Nanopartículas dulces

Como les explicaba en mi primer post, el tamaño de las nanopartículas no es lo único que define sus propiedades, cuando se encuentran dentro de entorno biológico como, por ejemplo, nuestro cuerpo. Uno de los factores que afecta, y mucho, al comportamiento de las nanopartículas es lo que se encuentra en la superficie de las mismas. Y es que siempre existe algo en la superficie de las nanopartículas, como dice Kenneth Dawson, uno de los mayores expertos en el tema: éstas no están nunca desnudas. Como veremos ahora, el tener azúcares en su superficie de las nanopartículas puede resultar beneficioso para fines científico-médicos.

Si hace poco les hablaba de cómo los azúcares pueden modular la toxicidad de la plata coloidal, hoy me gustaría presentarles uno de los sistemas nanopartícula-azúcar que hemos desarrollado en mi grupo de trabajo, en el Instituto Max Planck en Berlín.

Nanoimanes dulces para estudiar infartos cerebrales

Las enfermedades cerebrovasculares representan una de las primeras causas de mortalidad en el mundo occidental. Cuando el flujo sanguíneo en el cerebro disminuye de forma brusca y pronunciada, se habla de ictus isquémico o infarto cerebral. Lo que nos propusimos en mi grupo fue tratar de conocer un poco mejor lo que ocurre en nuestro cerebro cuando sufrimos un infarto de este tipo. Para ello, desarrollamos un sistema basado en nanopartículas magnéticas sintetizadas en nuestro laboratorio. Después, recubrimos las nanopartículas con un azúcar complejo. La función de este azúcar era que las nanopartículas "siguieran el rastro" de una proteína en particular, llamada E-selectina. Esta proteína está involucrada en la cascada de acontecimientos que suceden al paro de flujo sanguíneo en el cerebro. Tras meses de trabajo en el laboratorio conseguimos estos "imanes dulces", que enviamos a nuestros colaboradores de la universidad más antigua de Berlín (Charité). Entonces ellos inyectaron las nanopartículas en el cerebro de ratones de laboratorio a los que más tarde indujeron un infarto cerebral de forma artificial. Nuestros colegas utilizaron después una máquina de imagen por resonancia magnética (IRM) para ver cómo las nanopartículas "perseguían" a la proteína deseada. 

 Nanopartículas magnéticas recubiertas de azúcar que fueron inyectadas en ratones para estudiar infartos cerebrales (fuente: MPIKG).

Los resultados fueron sorprendentes: en contra de lo que otros científicos postulaban, nosotros encontramos que la E-selectina no permanecía en la región donde se había iniciado el infarto, sino que se diseminaba por todo el cerebro. Por tanto, este sistema nos sirvió para entender un poco mejor la cascada de acontecimientos que se producen durante un infarto cerebral.

El siguiente paso lógico, sería desarrollar un sistema que pudiera no solo ayudar a entender mejor el ictus isquémico, sino también, a prevenirlo y tratarlo. Esto es algo que también nos propusimos, intentamos y, por suerte, conseguimos. Pero explicárselo en detalle será el objeto de mi próximo post: nano balones para tratar infartos cerebrales. 

Espero que este post les haya resultado interesante. Si quieren descubrir más artículos míos, pueden seguirme en twitter o en facebook.

 

Referencias bibliográficas
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