Manípulación de células vegetales con nanotecnología

Se ha estudiado el uso de los nanotubos de carbono (CNTs) como portadores de fármacos en células de mamíferos. En comparación con las nanopartículas, los CNT tienen un mayor volumen interior, pudiendo albergar más moléculas del fármaco; y este volumen es más accesible, debido a que se pueden retirar fácilmente las tapas de los extremos.

Además, la investigación en ciencias vegetales centrada en el estudio del genoma vegetal y la función génica, así como en la mejora de las especias de cultivo se ha convertido en una de las fronteras de la nanotecnología.

Hasta qué punto se pueden utilizar los nanomateriales para liberar una carga útil en el interior de las células vegetales es un tema que todavía no ha sido muy estudiado. Las células vegetales difieren de las animales en varios aspectos; unos de los principales, es que además de la membrana celular, tienen una pared a su alrededor que les proporciona soporte estructural y mecánico. La pared de las células vegetales está hecha generalmente de polisacáridos y celulosa, lo que proporciona a la célula un entorno fuerte y rígido en el que vivir, pero también constituye una barrera adicional que las moléculas que transportan la carga deben superar para acceder al interior de las células. Así, por ejemplo, muchos reactivos para la formación de imágenes intracelulares (como el tinte de calcio), cuyo uso está muy extendido en las células de mamíferos, no se pueden aplicar a las células vegetales intactas.

En una nueva investigación, científicos chinos han investigado la capacidad de los nanotubos de carbono de pared única (SWCNT) para penetrar a través de la pared de la célula y la membrana celular de células vegetales intactas, con el fin de averiguar si se pueden utilizar como transportadores moleculares.

En su trabajo, Xiaohong Fang, profesora de química del Laboratorio Principal de Nanotecnología y Nanoestructura Molecular de la Academia de las Ciencias de Pekín, y sus colegas presentan la primera prueba de que los materiales se pueden introducir en el interior de células vegetales intactas sin ayuda externa ni tratamientos previos. Además, demostraron que es posible transportar los SWCNT conjugados con pequeñas moléculas de tinte o ADN hasta el interior de las células, lo que muestra el potencial de los SWCNT como nanotransportadores para células vegetales. Es más, el equipo mostró que con los SWCNT es posible incluso liberar distintas cargas en diferentes compartimentos del interior de una célula vegetal.

El equipo informó de sus resultados en la revista Nano Letters ("Carbon Nanotubes as Molecular Transporters for Walled Plant Cells").

En comparación con los métodos de entrega existentes para las células vegetales con pared –como la pistola génica, la electroporación y la microinyección–, una estrategia de entrega basada en nanopartículas tiene sus ventajas debido a la facilidad de intervención y a su amplia aplicabilidad.

El estudio del equipo de Fang abre un nuevo enfoque de entrega de cargas en células vegetales con pared, Por ejemplo, se podrían enviar moléculas de ADN/ARN para la manipulación o transformación genética de las células vegetales. Por otra parte, la entrega de agentes de formación de imágenes intracelulares u otros reguladores podría permitir la obtención de imágenes o el estudio en tiempo real de procesos celulares, lo que conduciría a un mejor entendimiento de la biología de las células vegetales.

Fuente: Nanowerk

Músculo artificial con nanotubos

Investigadores de la Universidad de Texas, en Dallas, han desarrollado un nuevo tipo de músculo artificial hecho de bosques de nanotubos de carbono. Los músculos, que se flexionan al recibir una carga eléctrica, se pueden expandir hasta un 220% de su longitud original en cuestión de milisegundos en un rango de temperatura de 80–1900K. Los dispositivos se podrían utilizar en aplicaciones médicas y aeroespaciales y quizá, incluso, en los robots del futuro.

Ray Baughman y sus colegas fabricaron los músculos transformando un bosque de nanotubos de pared múltiple en aerogeles de nanotubos de carbono con una densidad de tan solo 1,5mg/cm3, lo cual no es mucho más pesado el aire. Los investigadores empezaron con un material que consiste en un array de nanotubos de carbono, verticalmente alineados, conocidos también como “bosque” debido a que los nanotubos están alienados como árboles. Los nanotubos alineados se pueden transformar en láminas de aerogel de nanotubos de carbono a velocidades de hasta 2m/s.

Los dispositivos terminados se pueden expandir como si fueran de goma en la dirección del ancho de la lámina al recibir una carga eléctrica, pero son más duros que el acero en la dirección de la orientación de los nanotubos.

Los dispositivos funcionan en un rango de temperaturas inalcanzable para los anteriores músculos artificiales, y se pueden expandir y contraer a velocidades unas 1000 veces más rápidas que las de los músculos naturales. También generan una fuerza 30 veces superior que la ejercida por un músculo de verdad.

Todas estas nuevas propiedades implican que se podrían utilizar estos músculos como accionadores en dispositivos médicos o de otros tipos, así como en electrodos para células solares, diodos de emisión de luz y pantallas. También se podrían usar en futuras piernas y brazos robóticos.

Según los investigadores su capacidad para funcionar en rangos de temperaturas extremas puede hacer que resulten atractivos también para aplicaciones espaciales y aeroespaciales.

El trabajo se publicó en la revista Science.

Fuente: Nanotechnology Now

Nano pirámides para matar células cancerígenas

Aunque sabemos que es posible calentar las nanopartículas de oro con luz para eliminar las células tumorales, ahora, investigadores de la Universidad Northwestern, en los EEUU, han cuantificado cómo se pueden diseñar especialmente estas partículas para optimizar su respuesta fototérmica cuando se exponen a luz infrarroja. El trabajo, publicado en la revisa Nano Letters, será fundamental en el desarrollo de futuras nanopartículas para el tratamiento del cáncer.

Las nanopartículas de metales nobles generan calor cuando se exonen a la luz. Este calor se puede utilizar para destruir de forma localizada las células cancerosas sin dañar el tejido sano colindante. Las nanopartículas de oro son unas candidatas ideales para la terapia fototérmica porque sus propiedades ópticas se pueden afinar en la parte del infrarrojo cercano del espectro electromagnético. Es más, son biocompatibles e inocuas, y sus superficies se pueden modificar directamente con anticuerpos para dirigirse hacia receptores específicos de las células tumorales.

Sin embargo, hasta ahora los investigadores han prestado poca atención a cómo se deberían diseñar las nanopartículas para lograr la respuesta fototérmica más eficaz. Como señala la directora del equipo, Teri Odom, se han probado las nanopartículas como agentes terapéuticos en función de su disponibilidad, en lugar de buscar unas propiedades optimizadas a medida.

"Nuestro trabajo busca identificar los parámetros estructurales más importantes para el diseño de nanopartículas de metales nobles que puedan dar lugar a una respuesta fototérmica optimizada", señaló para nanotechweb.org. Para ello, "evaluamos cómo diferentes tamaños, formas y grosores de nanopartículas piramidales influían en la respuesta fototérmica".

Comparando la cantidad de calor generada por cuatro tipos de partículas piramidales de oro en disolución al exponerlas a la luz del infrarrojo cercano de un láser, el equipo descubrió que las partículas con las estructuras más finas y las puntas más agudas producían la mayor cantidad de calor. Estas partículas serían las mejores para la terapia fototérmica. Para asegurarse de que las diferencias de geometría eran las únicas responsables del incremento de temperatura observado, los investigadores compararon la cantidad absoluta de oro presente en cada conjunto de partículas.

"Los resultados proporcionaron una sencilla plataforma para determinar las características estructurales más importantes en el diseño de nanopartículas para el tratamiento fototérmico del cáncer", explicó Odom.

Los científicos están investigando ahora la respuesta fototérmica de nanopiramides in vitro utilizando células de cáncer de mama. Para ello, primero, se funcionalizan las nanopirámides con anticuerpos que atacan a las células cancerosas y, a continuación, se irradian con un láser de luz del infrarrojo cercano para eliminar las células.

"También estamos investigando si el oro es el mejor material para la terapia fototérmica o si una combinación de materiales –como otros metales nobles y materiales dieléctricos– podría mostrar una respuesta fototérmica mayor", añadió Odom.

Fuente: Nanotech Web

Nanopartículas para transportar genes que destruye tumores

Se ha utilizado la nanotecnología por primera vez para destruir células cancerosas con un paquete de genes “cazadores de tumores” dirigido con gran precisión. La técnica, que no afecta a las células sanas, podría ofrecer una esperanza a las personas con cánceres difíciles de tratar, en los que no es posible utilizar la cirugía.

El estudio, llevado a cabo en el Reino Unido, ha sido publicado en línea en la revista Cancer Research. Aunque de momento solo se ha probado en ratones, los investigadores esperan poder realizar ensayos con humanos en dos años.

Los genes se envolvieron en nanopartículas microscópicas que fueron absorbidas por las células cancerosas, pero no por sus vecinas sanas. Una vez en su interior, los genes estimularon la producción de una proteína que destruye el cáncer.

Los investigadores afirman que esta tecnología podría ser especialmente relevante para las personas con cánceres que no se pueden operar por estar demasiado cerca de órganos vitales. Y esperan que se utilice finalmente también para tratar los cánceres que se han extendido.

El investigador principal, el Dr. Andreas Schatzlein, de la Facultad de farmacia de Londres, señaló: "La terapia de genes tien un gran potencial para crear tratamientos seguros y eficaces para el cáncer, pero conseguir introducir los genes en las células cancerosas continúa siendo una de las principales dificultades en este campo”.

"Esta es la primera vez que las nanopartículas han logrado dirigirse a los tumores de forma tan selectiva, lo que constituye un gran paso adelante en el campo”, añadió.

"Una vez en el interior de la célula, el gen envuelto en la partícula reconoce el entorno canceroso y se activa. El resultado es tóxico, pero solo para las células dañinas, dejando intacto el tejido sano”, señaló Schatzlein.

La quimioterapia tradicional elimina las células indiscriminadamente en la zona afectada del cuerpo, causando efectos secundarios como fatiga, pérdida del cabello o nauseas. Se espera que la terapia de genes tenga menos efectos secundarios, al atacar exclusivamente a las células cancerosas.

Según el Dr. Lesley Walker, de la organización sin ánimo de lucro Cancer Research UK: "Estos resultados son muy alentadores y estamos deseando ver si se puede utilizar este método para tratar el cáncer en personas”.

Fuente: BBC Health News

Sensores de luz de nanotubos

Nanotubos que ven. Investigadores del Laboratorio Nacional de Sandia, en Livermore, California, han creado los primeros dispositivos de nanotubos de carbono capaces de detectar el espectro visible de la luz en su totalidad. Su trabajo podría, algún día, tener un amplio abanico de aplicaciones, por ejemplo, en células solares que absorban más luz, cámaras diminutas que funcionen con muy poca luz y mejores retinas artificiales.

Otros investigadores han demostrado que los nanotubos pueden detectar la luz de longitudes de onda específicas, incluida la luz ultravioleta, pero nunca la totalidad del espectro visible de la luz.

El sensor de luz del interior de una cámara digital camera convierte la luz en una señal eléctrica porque los fotones, a medida que bombardean el silicio, crean agujeros de electrones en el material. En cambio, los sensores de luz de nanotubos de carbono funcionan de forma similar a los ojos biológicos. Los nanotubos están decorados con tres tipos de cromofóros (moléculas que cambian de forma en respuesta a una determinada longitud de onda de la luz). Este cambio de forma origina un cambio en las orientaciones de los cromóforos con respecto al nanotubo, lo que a su vez modifica la conductividad eléctrica del nanotubo de un modo que se puede medir para deducir el color y la intensidad de la luz. Los investigadores de Sandia utilizaron tres tipos diferentes de cromóforos, que responden a las bandas roja, verde o azul del espectro de la luz visible.

El trabajo todavía está en sus primeras etapas, pero los sensores de luz de nanotubos podrían tener ventajas sobre los chips de detección de luz actuales. Lo más importante, según el investigador de Sandia Xinjian Zhou, es que los dispositivos son intrínsecamente pequeños y de alta resolución. Además, los sensores de luz de nanotubos se podrían imprimir en soportes poliméricos flexibles, lo que podría abaratar su fabricación y hacer que fuesen menos irritantes para el tejido biológico (algo importante para los implantes de retina).

Zhou añadió que el equipo de Sandia está trabajando actualmente en la fabricación de nanotubos sensibles a la luz infrarroja y en el aumento de la sensibilidad de los dispositivos. Los investigadores están intentando también apilar los cromóforos sobre los dispositivos en capas más gruesas y esperan añadir diminutas antenas a los dispositivos para concentrar la luz.

Fuente: Technology Review

Cultivar bosques de nanotubos

Según un artículo publicado en Technology Review, los arrays de nanotubos de carbono podrían ser la base de los dispositivos de almacenamiento energético de alta densidad y de eficaces sistemas de refrigeración de procesadores. El rendimiento de estos dispositivos, no obstante, depende de la calidad de los nanotubos y la estructura precisa del array. Por ello, algunos investigadores entre los que se incluye Anastasios John Hart, profesor ayudante de ingeniería mecánica de la Universidad de Michigan, están perfeccionando técnicas para el desarrollo de bosques, cuidadosamente estructurados, de nanotubos de carbono de elevada calidad. Hart obtuvo estas imágenes con un microscopio de electrones de barrido; todas ellas muestran nanotubos cultivados verticalmente.

Esta es una composición de muchas imágenes de nanotubos de carbono cultivados en obleas de silicio o en cavidades grabadas en las obleas. Cada estructura en forma de tallo está formada por miles de nanotubos o más. El catalizador que dispara el desarrollo de los nanotubos se puede ver bajo alguno de ellos en forma de punto oscuro y sombrío. Las estructuras que aparecen marchitas se metieron en líquido una vez desarrolladas; al evaporarse el líquido, los nanotubos se secaron.

Artículo original y más diapositivas: Technology Review