Un estudio realizado por científicos del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), la Universidad Complutense (UCM), Universidad de Girona (UdG), y el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), trabajando junto con otros centros internacionales, ha superado uno de los obstáculos clave para el uso de nanorobots impulsados ​​por lipasas, enzimas que desempeñan un papel esencial en la digestión al descomponer las grasas de los alimentos para que puedan ser absorbidas.

El estudio fue coordinado por Marco Filice de la Unidad de Microscopía e Imagen Dinámica del CNIC, perteneciente a la ReDIB Infraestructura Científico Técnica Singular (ICTS), profesor de la Facultad de Farmacia (UCM) y el profesor de investigación ICREA Samuel Sánchez del IBEC. El artículo, publicado en la revista Edición internacional Angewandte Chemie , describe una herramienta para modular motores propulsados ​​por enzimas, ampliando sus potenciales aplicaciones biomédicas y medioambientales.

Los microorganismos pueden nadar a través de entornos complejos, responder a su entorno, y organizarse de forma autónoma. Inspirado por estas habilidades, Durante los últimos 20 años, los científicos han logrado replicar artificialmente a estos pequeños nadadores, primero a macro-microescala y luego a nanoescala, encontrando aplicaciones en remediación ambiental y biomedicina.

"La velocidad, capacidad de carga, y la facilidad de funcionalización de la superficie de micro y nanomotores ha hecho que los avances de la investigación reciente conviertan estos dispositivos en instrumentos prometedores para resolver muchos problemas biomédicos. Sin embargo, un desafío clave para el uso más amplio de estos nanorobots es elegir un motor apropiado para impulsarlos, "explicó Sánchez.

Durante los últimos 5 años, el grupo IBEC ha sido pionero en el uso de enzimas para generar la fuerza propulsora de nanomotores. "Los nanomotores biocatalíticos utilizan enzimas biológicas para convertir la energía química en fuerza mecánica, y este enfoque ha despertado un gran interés en el campo, con ureasa, catalasa y glucosa oxidasa entre las opciones más frecuentes para alimentar estos pequeños motores, "dijo Sánchez.

El grupo CNIC es líder en la manipulación estructural e inmovilización de enzimas lipasa en la superficie de diferentes nanomateriales. Las lipasas son excelentes componentes nanomotores porque su mecanismo catalítico implica cambios conformacionales importantes entre un forma activa y cerrada,

"En este proyecto, Investigamos el efecto de modular la actividad catalítica de las enzimas lipasa para impulsar las nanopartículas de silicio. "explicó Filice.

Además de la conformación tridimensional de la enzima, El equipo también investigó cómo el control de la orientación de la enzima durante su inmovilización en la superficie del nanomotor afecta su actividad catalítica y, por lo tanto, la propulsión de los nanorobots.

Los investigadores modificaron químicamente la superficie de las nanopartículas de silicio para generar tres combinaciones específicas de conformaciones y orientaciones de lipasa durante la inmovilización:1) conformación abierta más orientación controlada; 2) conformación cerrada más orientación incontrolada; 3) una situación intermedia entre 1 y 2.

El equipo analizó los tres tipos de nanorobot con técnicas espectroscópicas, ensayos para evaluar parámetros catalíticos relacionados con la actividad enzimática, Simulaciones Moleculares Dinámicas (realizadas por el equipo de la profesora Silvia Osuna en la UdG), y seguimiento directo de trayectorias nanomotoras individuales mediante técnicas de microscopía. "Los resultados demuestran que la combinación de una conformación enzimática abierta con una orientación específica en el nanomotor es fundamental para lograr una propulsión controlada".