Investigadors de l’IBEC i els seus col·laboradors han desenvolupat nanomotors per a aplicacions biomèdiques que són propulsats per enzims, com la glucosa oxidasa, que els fa completament biocompatibles. En un estudi publicat a Nanoletters (doi:10.1021/acs.nanolett.5b03100), per l'investigador ICREA Samuel Sánchez, cap de grup de l'Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) al Parc Científic de Barcelona (PCB), i els seus col·laboradors al Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS), la Universitat de Tübingen i el Max Planck for Solid State Research, a Alemanya, descriuen la fabricació del primer nanomotor sintètic al món propulsat per un enzim que utilitza combustible biocompatible, la qual cosa soluciona els desavantatges dels sistemes actuals.

El nou minimotor biocompatible està fet a partir de sílice mesoporós, que és buit, i que a més no és nociu per a les cèl·lules ni per als teixits. Es podrà utilitzar en moltes aplicacions biomèdiques, ja que la seva propulsió és deguda a la reacció catalítica de tres enzims que es troben de forma natural el cos; la catalasa, la ureasa i la glucosa oxidasa. Les reaccions enzimàtiques donen energia a les nanopartícules Janus -partícules amb dues cares amb propietats físiques diferents-, tenint lloc de forma asimètrica en només una de les cares del nanomotor, la qual cosa provoca la propulsió en la direcció oposada.

“Perquè el seu ús sigui segur en aplicacions biomèdiques a l’interior de l’organisme, les nanopartícules han de ser de materials biocompatibles i biodegradables, han de tenir la capacitat de moure’s de forma autònoma utilitzant combustibles d’origen biològic i d’alliberar la càrrega en un punt determinat –com seria el cas de l’alliberament de fàrmacs– a la petita escala”, explica Samuel Sánchez, qui dirigeix al que ha estat descrit com “un dels grups capdavanters en el camp de la recerca en nanomotors”, el grup de Smart Nano-Bio-Devices de l’IBEC i del MPI-IS de Stuttgart. “Hem aconseguit totes aquestes propietats amb els nostres nous nanomotors. Per a la seva arquitectura, hem utilitzat un material que ofereix una gran capacitat d’alliberament de fàrmacs a causa de la seva estructura buida; i per a la propulsió, hem basat els nostres mètodes en el recent descobriment que els enzims poden actuar com nanomotors autopropulsats, així com de ser ancorades a objectes artificials majors, com els nanotubs de carboni, per proporcionar una força de propulsió utilitzant reaccions catalítiques”.

Aquest tipus de reaccions biocatalítiques desencadenades per enzims actuen a manera de propulsió no-tòxica perquè que estan presents en l’ambient biològic i tenen un elevat potencial de reacció. Es poden utilitzar diferents combinacions d’enzim/combustible com la catalasa i el peròxid d’hidrogen o la glucosa i la glucosa oxidasa, la qual cosa significa que el mètode és molt versàtil amb un potencial que es podrà estendre a altres enzims.

Els micro i nanosistemes desenvolupats anteriorment estaven molt limitats per ser utilitzats en l’àmbit biomèdic, ja que per propulsar-se utilitzaven la descomposició de peròxid d’hidrogen amb platí com a catalitzador, la qual cosa provocava que en alguns casos la propulsió durés molt poc o, senzillament, es convertissin en nanosistemes passius incapaços de moure’s de forma autònoma.

El següent pas serà explorar com incrementar la força conductora i la guia dels seus nanomotors biocompatibles mitjançant mètodes de manipulació externa, com la quimiotaxi, el control magnètic o els ultrasons, dirigint-los a un moviment direccional per a l’alliberament actiu de fàrmacs en localitzacions específiques.

Els col·laboradors de la Universitat de Tübingen també han mesurat, per primera vegada, mitjançant unes pinces òptiques, la força de propulsió dels nanomotors, la qual cosa fa possible entendre una mica més com es comporten les nanopartícules propulsades.