Máquinas moleculares con dos funciones

Un motor del tamaño de una molécula es capaz de girar y emitir destellos.

[THOMAS FUCHS]

Una de las mejores estrategias de la naturaleza para permitir el movimiento a escala celular se basa en potentes motores moleculares: moléculas complejas que transforman la energía química en energía mecánica para transportar materiales en el interior de las células, contraer fibras musculares o separar hebras de ADN.

Los químicos llevan desde 1999 diseñando moléculas sintéticas capaces de rotar 360 grados en respuesta a la luz o a estímulos químicos. Esos motores desempeñan una única función, como generar fuerzas sobre una superficie, trasladar cargamentos hasta sensores o alimentar dispositivos nanoscópicos. Sin embargo, los investigadores tienen serias dificultades para controlarlos o rastrearlos cuando los introducen en tejidos biológicos opacos.

Según una investigación publicada en Science Advances, una máquina molecular de nuevo diseño permite abordar ese problema, al alternar entre rotación y fluorescencia en función de las longitudes de onda de la luz que incide sobre ella. «No existen muchos compuestos que presenten dos respuestas distintas a la luz, y este es el primer motor con esa propiedad», asegura Maxim Pshenichnikov, espectroscopista de la Universidad de Groninga y coautor del artículo.

Pshenichnikov y sus colaboradores, bajo la dirección del químico orgánico Ben Feringa, nóbel de química en 2016, crearon una molécula con esa doble función enlazando un compuesto denominado trifenilamina a una máquina molecular básica. Eso permitió que el motor respondiera de forma diferente a la radiación según su frecuencia: la luz de baja energía suministraba al motor la potencia justa para girar, mientras que la de alta energía lo sobreexcitaba y lo llevaba a desprenderse del exceso de energía a través de la fluorescencia, es decir, emitiendo fotones. Además, a diferencia de las típicas máquinas moleculares impulsadas por radiación ultravioleta (la cual es perjudicial para los tejidos), el nuevo compuesto respondía a frecuencias infrarrojas, que penetran a más profundidad bajo la piel sin causar daños.

Un motor así resultaría de utilidad en aplicaciones que requieren una localización precisa. Por ejemplo, una máquina fluorescente podría interactuar con distintas estructuras celulares y emitir destellos que revelen su trayectoria mientras distribuye y activa un fármaco. «¿No sería increíble poder seguir el movimiento del motor en las células y usarlo para lograr interferencias mecánicas, detección y administración [de fármacos]?», se pregunta Feringa.

Salma Kassem, química de la Universidad de la Ciudad de Nueva York ajena al estudio, afirma que el diseño constituye un paso importante en el campo de la fotofarmacología. «Es difícil combinar comunicaciones y funcionalidad en una molécula pequeña sin que ambas propiedades interfieran entre sí. Este trabajo consigue separarlas de forma sencilla y elegante.»

Los investigadores pretenden aplicar el método a un motor con una función biológica, como la de unirse a ciertos receptores celulares. Entonces, probarán su eficacia en células o tejidos vivos. Lukas Pfeifer, químico orgánico de la Escuela Politécnica Federal de Lausana y autor principal del estudio, confía en «poder transferir la técnica fácilmente a motores elaborados con otros compuestos químicos».

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