Científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) y la Universidad de Tokio han desarrollado una técnica para la conversión reversible de vesículas lipídicas tridimensionales en nanoláminas ultrafinas bidimensionales. Tanto las nanohojas estables como el proceso de conversión reversible 2-D-3-D pueden encontrar diversas aplicaciones en la industria farmacéutica, bioingeniería, comida, y ciencias cosméticas.

Un número asombroso de avances tecnológicos recientes y aplicaciones de ingeniería novedosas van de la mano con el progreso en el campo de la ciencia de los materiales. El diseño y manipulación de materiales a nanoescala (es decir, del orden de mil millonésimas de metro) se ha convertido en un tema candente. En particular, nanohojas, que son estructuras planas 2-D ultradelgadas con una superficie que varía de varios micrómetros a milímetros, Recientemente han atraído mucha atención debido a su excelente mecánica, eléctrico, y propiedades ópticas. Por ejemplo, las nanohojas orgánicas tienen un gran potencial como herramientas biomédicas o biotecnológicas, mientras que las nanohojas inorgánicas podrían ser útiles para el almacenamiento y la recolección de energía.

Pero, ¿qué hay de pasar de una estructura de nanohojas 2-D a una estructura molecular 3-D de una manera controlable y reversible? Científicos de Tokyo Tech y la Universidad de Tokio han realizado un estudio sobre un proceso de conversión 2-D / 3-D tan reversible, motivado por sus posibles aplicaciones. En su estudio, publicado en Materiales avanzados , Primero se enfocaron en convertir vesículas lipídicas esféricas (estructuras similares a burbujas) en nanohojas 2-D a través de la acción cooperativa de dos compuestos:un péptido ácido disruptor de la membrana llamado E5 y un copolímero catiónico llamado poli (alilamina) -injerto-dextrano (o PAA-g-Dex, para abreviar). Luego intentaron revertir las nanohojas de lípidos a su forma de vesícula tridimensional modificando condiciones específicas, como el pH, o usando una enzima (Fig.1), y encontró que la reacción era reversible.

Por lo tanto, a través de varios experimentos, los científicos aclararon los mecanismos y las interacciones moleculares que hacen posible esta conversión reversible. En medios acuosos, Las bicapas lipídicas planas tienden a ser inestables porque algunas de sus colas hidrofóbicas (repelentes al agua) están expuestas en los bordes. que conduce a la formación de vesículas, que son mucho más estables (Fig. 2). Sin embargo, péptido E5, cuando se pliega en una estructura helicoidal con la ayuda de PAA-g-Dex, puede romper la membrana de estas vesículas para formar nanohojas 2-D. Este par de compuestos se combinan en una estructura similar a un cinturón en los bordes de las nanohojas, en un proceso que es clave para estabilizarlos. Profesor Atsushi Maruyama, quién dirigió esta investigación, explica "En las estructuras de la hoja observadas en presencia de E5 y PAA-g-Dex, el ensamblaje de E5 y el copolímero en los bordes de la hoja probablemente previene la exposición de los bordes hidrofóbicos a la fase acuosa, estabilizando así las nanoláminas. "(ver Fig. 3) Las láminas se pueden convertir de nuevo en vesículas esféricas al interrumpir la estructura en forma de cinturón. Esto se puede hacer mediante, por ejemplo, añadir la sal sódica del ácido poli (vinilsulfónico), que altera la forma helicoidal de E5.

Los experimentos de los científicos les mostraron que la nanohoja es muy estable, flexible, y delgado; estas son propiedades que son valiosas en estudios y aplicaciones de biomembranas. Por ejemplo, el proceso de conversión 2-D-3-D se puede utilizar para encapsular moléculas, como las drogas, en las vesículas convirtiéndolas en láminas y luego de nuevo en esferas. "Las vesículas lipídicas se utilizan tanto para estudios básicos como para aplicaciones prácticas en la industria farmacéutica, alimentos y ciencias cosméticas. La capacidad de controlar la formación de nanohojas y vesículas será útil en estos campos, ", concluye el profesor Maruyama. Sin lugar a dudas, mejorar nuestra capacidad para manipular el mundo nanoscópico traerá cambios macroscópicos positivos en nuestras vidas.