Micrografía fluorescente, encima, muestra el nuevo nanomaterial en forma de hoja y, debajo, en forma de desplazamiento. La barra de escala blanca es de 4 micrómetros en las fotos principales y 2 micrómetros. Crédito:Universidad de Emory
Los químicos han desarrollado un nanomaterial que pueden activar para cambiar de forma, de láminas planas a tubos y de nuevo a láminas, de forma controlable. los Revista de la Sociedad Química Estadounidense publicó una descripción del nanomaterial, que fue desarrollado en la Universidad de Emory y tiene potencial para una variedad de aplicaciones biomédicas, desde la administración de fármacos de liberación controlada hasta la ingeniería de tejidos.
El nanomaterial, que en forma de hoja es 10, 000 veces más delgado que el ancho de un cabello humano, está hecho de colágeno sintético. El colágeno natural es la proteína más abundante en los seres humanos, haciendo que el nuevo material sea intrínsecamente biocompatible.
"Nadie ha fabricado previamente colágeno con las propiedades de cambio de forma de nuestro nanomaterial, "dice Vincent Conticello, autor principal del hallazgo y profesor Emory de química biomolecular. "Podemos convertirlo de láminas a tubos y viceversa simplemente variando el pH, o concentración de ácido, en su entorno ".
La Oficina de Transferencia de Tecnología de Emory ha solicitado una patente provisional para el nanomaterial.
Los primeros autores del hallazgo son Andrea Merg, un ex becario postdoctoral en el laboratorio de Conticello que ahora se encuentra en la Universidad de California Merced, y Gavin Touponse, que hizo el trabajo como estudiante de Emory y ahora está en la escuela de medicina en Stanford. El trabajo fue una colaboración entre Emory y científicos del Laboratorio Nacional de Argonne, el Instituto Paul Scherrer en Villigen, Suiza, y el Centro de Imagen Celular y Nanoanalítica de la Universidad de Basilea.
Micrografía fluorescente, encima, muestra el nuevo nanomaterial en forma de hoja y, debajo, en forma de desplazamiento. La barra de escala blanca es de 4 micrómetros en las fotos principales y 2 micrómetros. Crédito:Universidad de Emory
El colágeno es la principal proteína estructural del tejido conectivo del cuerpo, como el cartílago, huesos, tendones ligamentos y piel. También es abundante en los vasos sanguíneos, la tripa, músculos y en otras partes del cuerpo.
Colágeno extraído de otros mamíferos, como los cerdos, a veces se utiliza para la cicatrización de heridas y otras aplicaciones médicas en seres humanos.
El laboratorio de Conticello es uno de solo unas pocas docenas en todo el mundo enfocados en el desarrollo de colágeno sintético adecuado para aplicaciones en biomedicina y otras tecnologías complejas. Estos biomateriales sintéticos de "diseño" pueden controlarse de formas que el colágeno natural no puede.
"Hace 30 años, se hizo posible controlar la secuencia del colágeno, ", Dice Conticello." El campo realmente ha cobrado impulso, sin embargo, durante los últimos 15 años debido a los avances en cristalografía y microscopía electrónica, lo que nos permite analizar mejor las estructuras a nanoescala ".
El desarrollo del nuevo nanomaterial que cambia de forma en Emory fue "un accidente fortuito, "Dice Conticello." Había un elemento de suerte y un elemento de diseño ".
Las micrografías electrónicas dan una vista detallada del nuevo nanomaterial. Las flechas indican las capas que se forman en los tubos, lo que lleva a los investigadores a plantear la hipótesis de que las hojas forman tubos al desplazarse hacia adentro en las esquinas. Crédito:Universidad de Emory
La proteína de colágeno está compuesta por una triple hélice de fibras que se envuelven entre sí como una cuerda de tres hilos. Las hebras no son flexibles, son rígidos como lápices, y se empaquetan firmemente en una matriz cristalina.
El laboratorio de Conticello ha estado trabajando con láminas de colágeno que desarrolló durante una década. "Una hoja es una grande, cristal bidimensional, pero debido a la forma en que se empaquetan los péptidos, es como un montón de lápices agrupados, "Conticello explica." La mitad de los lápices del paquete tienen las minas apuntando hacia arriba y la otra mitad el extremo del borrador apuntando hacia arriba ".
Conticello quería intentar refinar las láminas de colágeno para que cada lado se limitara a una funcionalidad. Para llevar la analogía del lápiz más allá, una superficie de la hoja serían todos los puntos de plomo y la otra superficie serían todos los borradores. El objetivo final era desarrollar láminas de colágeno que pudieran integrarse con un dispositivo médico haciendo que una superficie fuera compatible con el dispositivo y la otra superficie compatible con las proteínas funcionales del cuerpo.
Cuando los investigadores diseñaron estos tipos separados de superficies en láminas de colágeno individuales, sin embargo, se sorprendieron al saber que hacía que las hojas se enrollaran como pergaminos. Luego descubrieron que la transición de cambio de forma era reversible:podían controlar si una hoja estaba plana o desplazada simplemente cambiando el pH de la solución en la que estaba. También demostraron que podían ajustar las hojas para cambiar de forma a niveles de pH particulares de una manera que pudiera controlarse a nivel molecular a través del diseño.
"Es particularmente interesante que la condición alrededor de la cual ocurre la transición sea una condición fisiológica, "Dice Conticello." Eso abre el potencial para encontrar una manera de cargar un terapéutico en un tubo de colágeno bajo control, condiciones de laboratorio. El tubo de colágeno podría entonces ajustarse para desplegarse y liberar las moléculas de fármaco que contiene después de que ingrese al entorno de pH de una célula humana ".
