En un nuevo avance que podría revolucionar la ingeniería médica y de materiales, los científicos han desarrollado un dispositivo molecular, el primero de su tipo, que controla la liberación de múltiples moléculas pequeñas mediante la fuerza.
Los investigadores de la Universidad de Manchester describen un sistema de liberación controlada por fuerza que aprovecha las fuerzas naturales para desencadenar la liberación selectiva de moléculas, lo que podría avanzar significativamente en el tratamiento médico y los materiales inteligentes.
El descubrimiento, publicado en la revista Nature , utiliza una técnica novedosa que utiliza un tipo de molécula entrelazada conocida como rotaxano. Bajo la influencia de una fuerza mecánica, como la que se observa en un sitio lesionado o dañado, este componente desencadena la liberación de moléculas funcionales, como medicamentos o agentes curativos, para apuntar con precisión al área necesitada. Por ejemplo, el sitio de un tumor.
También es prometedor para los materiales autorreparables que pueden repararse a sí mismos in situ cuando se dañan, prolongando su vida útil. Por ejemplo, un rasguño en la pantalla de un teléfono.
Guillaume De Bo, profesor de química orgánica en la Universidad de Manchester, dijo:"Las fuerzas son ubicuas en la naturaleza y desempeñan papeles fundamentales en diversos procesos. Nuestro objetivo era explotar estas fuerzas para aplicaciones transformadoras, particularmente en la durabilidad de los materiales y la administración de fármacos". /P>
"Aunque esto es sólo un diseño de prueba de concepto, creemos que nuestro enfoque basado en rotaxano tiene un inmenso potencial con aplicaciones de largo alcance; estamos al borde de algunos avances verdaderamente notables en la tecnología y el cuidado de la salud".
Tradicionalmente, la liberación controlada de moléculas con fuerza ha presentado desafíos a la hora de liberar más de una molécula a la vez, normalmente operando a través de un juego de "tira y afloja" molecular en el que dos polímeros tiran a cada lado para liberar una sola molécula.
El nuevo enfoque implica dos cadenas de polímero unidas a una estructura central en forma de anillo que se desliza a lo largo de un eje que soporta la carga, liberando efectivamente múltiples moléculas de carga en respuesta a la aplicación de fuerza. Los científicos demostraron la liberación de hasta cinco moléculas simultáneamente con la posibilidad de liberar más, superando limitaciones anteriores.
Este avance marca la primera vez que los científicos han podido demostrar la capacidad de liberar más de un componente, lo que lo convierte en uno de los sistemas de liberación más eficientes hasta la fecha.
Los investigadores también muestran la versatilidad del modelo mediante el uso de diferentes tipos de moléculas, incluidos compuestos farmacológicos, marcadores fluorescentes, catalizadores y monómeros, lo que revela el potencial para una gran cantidad de aplicaciones futuras.
De cara al futuro, los investigadores pretenden profundizar en las aplicaciones de autocuración, explorando si se pueden liberar dos tipos diferentes de moléculas al mismo tiempo. Por ejemplo, la integración de monómeros y catalizadores podría permitir la polimerización en el lugar del daño, creando un sistema integrado de autorreparación dentro de los materiales.
También buscarán ampliar el tipo de moléculas que se pueden liberar.
El profesor De Bo afirmó:"Apenas hemos arañado la superficie de lo que esta tecnología puede lograr. Las posibilidades son ilimitadas y estamos entusiasmados de explorar más".
Más información: Guillaume De Bo, Liberación controlada por la fuerza de moléculas pequeñas con un actuador de rotaxano, Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07154-0. www.nature.com/articles/s41586-024-07154-0
Información de la revista: Naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Manchester
