El despegue de la nanobiolog¨ªa

La inversi¨®n p¨²blica en nanotecnolog¨ªa desde 1997 hasta 2003 ha aumentado globalmente un 679% (a un ritmo de m¨¢s del 40% anual) en EE UU, Jap¨®n y la Uni¨®n Europea hasta alcanzar los casi 3.000 millones de euros que actualmente se destinan a la investigaci¨®n de lo m¨¢s peque?o, dispositivos, materiales y estructuras concebidos a escala nanom¨¦trica. Un tercio de esta cantidad procede de las arcas de organismos p¨²blicos estadounidenses. Una parte cada vez menos desde?able de esta inversi¨®n se est¨¢ orientando, sobre todo en los dos ¨²ltimos a?os, a unir bajo un mismo nombre la interacci¨®n de la maquinaria nanotecnol¨®gica con entidades de origen biol¨®gico. El objetivo, denominado indistintamente como nanobiolog¨ªa, nanobiotecnolog¨ªa o nanobioingenier¨ªa, es lograr nuevos y diminutos instrumentos que a¨²nen las capacidades funcionales de mol¨¦culas individuales tanto de origen inorg¨¢nico como biol¨®gico.

"Es una evoluci¨®n l¨®gica de la ciencia", asegura Josep Samitier, director del Laboratorio de Nanobioingenier¨ªa (Crebec) del Parque Cient¨ªfico de Barcelona, en ¨¢reas como la f¨ªsica, la qu¨ªmica y la biolog¨ªa, adem¨¢s de en capacidades tecnol¨®gicas que permiten trabajar con mol¨¦culas individuales. Se trata de capacidades que no s¨®lo llevan a tratar de caracterizar y operar con una mol¨¦cula espec¨ªfica, sea biol¨®gica o no, sino tambi¨¦n a aprovechar de alg¨²n modo las interacciones que puedan producirse al poner en contacto un material vivo con otro inerte. Dicho de un modo general, lo que se pretende es emplear las propiedades intr¨ªnsecas de un material y crecer sobre ¨¦l, gracias a interacciones propias de la f¨ªsica de superficies, alguna entidad biol¨®gica con alguna funcionalidad o aplicaci¨®n espec¨ªfica. ?Para conseguir qu¨¦? "Tanto como alcance nuestra imaginaci¨®n", responde Fernando Palacio, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Arag¨®n (CSIC-Universidad de Zaragoza).

La imaginaci¨®n en esta ¨¢rea emergente, consideran ambos investigadores, tiene l¨ªmites poco definidos. En una revisi¨®n cient¨ªfica publicada recientemente por Arnaud Paris en la revista Applied Nanoscience, el cat¨¢logo de aplicaciones previsibles se extiende desde los ya conocidos chips de ADN hasta nanosistemas pensados para la ingenier¨ªa de tejidos pasando por el todav¨ªa experimental lab-on-a-chip, algo as¨ª como min¨²sculos dispositivos en los que realizar m¨²ltiples reacciones bioqu¨ªmicas. Sensores y membranas con componentes biol¨®gicos para aplicaciones ambientales y en la industria alimentaria, motores biomoleculares, obtenci¨®n de energ¨ªa a partir de pilas de combustible o c¨¦lulas fotovoltaicas que incorporan microorganismos, o biocomputaci¨®n basada en la capacidad del ADN para almacenar y procesar informaci¨®n, completan una lista cada vez m¨¢s amplia.

De todas las ¨¢reas que pueden verse beneficiadas por la inversi¨®n en nanobiolog¨ªa, Samitier y Palacio coinciden en que probablemente vaya a ser la biomedicina la que presente frutos m¨¢s espectaculares a medio plazo. Aplicaciones basadas en hipertermia o en ingenier¨ªa de tejidos son una muestra de su enorme potencial.

Un ejemplo de ello es el proyecto europeo CellProm, en el que participa el centro dirigido por Samitier. En esencia, lo que se pretende es conseguir la generaci¨®n de tejidos a partir de c¨¦lulas madre adultas. Para lograrlo, el primer paso consiste en definir un sustrato inerte que permita que las c¨¦lulas madre puedan diferenciarse de manera controlada para formar un tipo de tejido determinado. Este sustrato, relata Samitier, se pretende que sea "nanoestructurado y funcionalizado", es decir, generado a partir de capas de mol¨¦culas individuales que permitan primero depositar las c¨¦lulas madre y, segundo, su proliferaci¨®n y diferenciaci¨®n. El objetivo ¨²ltimo de este proyecto es desarrollar una alternativa para autotrasplantes.

En este mismo campo pero en una l¨ªnea situada casi al otro extremo, se sit¨²a la investigaci¨®n dirigida por Palacio en el centro aragon¨¦s. Su objetivo es aprovechar los fen¨®menos de hipertermia como mecanismo terap¨¦utico en aquellas enfermedades cuya mejor¨ªa depende de la muerte celular, como ocurre en todas las formas de c¨¢ncer conocidas. En este caso, el concepto es tan simple como antiguo. Se trata de hacer llegar una mol¨¦cula a la c¨¦lula cancerosa y aplicar un campo magn¨¦tico que eleve su temperatura hasta los 45 grados, suficiente para eliminarla.

Los primeros intentos en esta l¨ªnea de investigaci¨®n datan al menos de hace 20 a?os, cuenta Palacio, pero hasta hace muy poco no se han logrado resultados esperanzadores. Parte de ellos se han conseguido en su laboratorio. Palacio, junto con ?ngel Mill¨¢n, con quien lleva desarrollando nanomol¨¦culas magn¨¦ticas en el ¨²ltimo decenio, han definido un sistema que permite obtener en una ¨²nica reacci¨®n una mezcla homog¨¦nea de part¨ªculas de un ¨®xido de hierro de cuatro nan¨®metros. Su forma acicular facilita tres procesos indispensables: su circulaci¨®n por el torrente sangu¨ªneo; la posibilidad de atravesar membranas celulares; y el incremento controlado de su temperatura mediante un campo magn¨¦tico de mediana intensidad.

El trabajo que queda por hacer, admite el investigador, no es trivial. Lo m¨¢s simple, aunque no por ello f¨¢cil, es determinar una prote¨ªna diana producida por una c¨¦lula cancerosa. "Existe una amplia variedad de mol¨¦culas y procesos biol¨®gicos espec¨ªficos sobre los que trabajar", indica. Pero el problema radica en identificar otra prote¨ªna que pueda anclarse sin perder funcionalidad con la nanomol¨¦cula magn¨¦tica y, al mismo tiempo reconozca a la diana de forma espec¨ªfica. Si bien la primera parte ha dado como resultado una patente sobre el proceso de obtenci¨®n de las nanopart¨ªculas, la segunda requiere todav¨ªa "una larga investigaci¨®n".

El grupo dirigido por Samitier en Barcelona participa tambi¨¦n en el desarrollo de sensores basados en prote¨ªnas olfativas. "Uno de los sistemas de detecci¨®n de compuestos m¨¢s sofisticado y m¨¢s selectivo es el ¨®rgano del olfato", explica. Las neuronas olfativas incorporan receptores de membrana y cada uno de ellos (hay varios miles) interacciona normalmente con unos pocos componentes, de 20 a 30 de media. La disponibilidad de t¨¦cnicas de biotecnolog¨ªa, a?ade, permite aislar los receptores olfativos y hacerlos crecer mediante levaduras modificadas gen¨¦ticamente. Una vez producidos, el objetivo es asociarlos a una matriz de nanoelectrodos que identificar¨ªa el compuesto gracias a la diferencia de se?al el¨¦ctrica generada por el cambio de forma que se da en la prote¨ªna.