La nanotecnología es
un punto de encuentro de diversas disciplinas como la física, la química, la
biología, las ciencias de la computación, la ingeniería, etc. Este carácter
multidisciplinar ha favorecido investigaciones en la frontera entre dichas
disciplinas, propiciando descubrimientos que ya son de aplicación en múltiples
sectores y nos ayudarán a enfrentarnos a los grandes retos que los seres
humanos tenemos ante nosotros: medioambiente, salud, energía, transporte, comunicaciones,
alimentación, etc.
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| Simulacion de del proceso de adsorción de un anticuerpo sobre grafeno |
Uno de los campos en
los que la nanotecnología está aportando más novedades es el de los sensores,
especialmente en los biosensores, los cuales tienen un impacto directo sobre el
futuro de la medicina, el medioambiente y la alimentación. Un grupo de
investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid y algunos miembros
del Consejo Superior de Investigaciones Científicas trabajan en el desarrollo
de biosensores haciendo uso de grafeno, biomoléculas y supercomputadoras. Un
biosensor es un dispositivo capaz de detectar y cuantificar la presencia de una
sustancia biológica en un medio a partir del procesado de las señales ópticas,
eléctricas o mecánicas que se producen durante la interacción de dicha
sustancia con el biosensor.
En el caso de los
biosensores de uso médico, su miniaturización extrema permitirá su implantación
en nuestro cuerpo para realizar medidas in situ y en tiempo real,
proporcionando un avance sin precedentes en el diagnóstico de enfermedades. Los
materiales con los que se construyen dichos biosensores deben de cumplir dos
características principales: primero el no alterar la función de las moléculas
de nuestro organismo, y segundo, ejercer correctamente su función en nuestro
organismo. Entre los materiales más aptos para su desarrollo están los
nanotubos de carbono, ya que poseen una impresionante capacidad para conducir
la electricidad además de su su relativamente fácil funcionalización y su
posible biocompatibilidad al ser materiales basados en el carbono.
En los laboratorios,
la interacción de complejas biomoléculas con diferentes superficies se estudia
con sofisticados aparatos como los Microscopios de Fuerzas Atómicas (AFM). Sin
embargo, estos instrumentos no pueden explicar completamente el mecanismo de adsorción
de dichas biomoléculas. Sin duda alguna, una mejor comprensión de estas
interacciones optimizaría el desarrollo de estos biosensores.
Para conocer cómo
funcionan las biomoléculas sobre superficies de grafeno es necesario realizar
simulaciones diversas que impliquen su estabilización y su posterior
separación. Por lo general estos ciclos de simulaciones deben repetirse varias
veces para tener en cuenta otros factores como diferentes valores de pH,
diferentes orientaciones de las biomoléculas con relación al sustrato, la
presencia de cargas o defectos sobre el sustrato, etc. De estas simulaciones,
además, se puede extraer información cuantitativa relevante como la energía que
debemos aplicar a una molécula con una configuración dada para desligarla del
sustrato.
Los sistemas que se
estudian están formados por cientos de miles de átomos que evolucionan durante
tiempos relativamente grandes (de más de 150 ns). Para abordar estas
simulaciones necesariamente se necesitan herramientas de trabajo excepcionales:
las supercomputadoras.
Los resultados de
dichas simulaciones demuestran dos cosas:
1. El grafeno no
induce cambios estructurales ni funcionales en dos de las más abundantes
proteínas del plasma
2. El anticuerpo IgG
, el marcador/biosensor por excelencia de nuestro organismo, se mantiene
anclado y activo sobre la superficie de grafeno.
El investigador Pedro
Serena lo resume de la siguiente manera: "la combinación de poderosos
códigos informáticos e imponentes sistemas de computación nos permite abordar
fascinantes problemas en la frontera entre la física, la química y la
biología". Estos resultados permitirán una mejor interpretación de
resultados experimentales y serán el punto de partida para que ingenieros y
biotecnólogos pongan a punto los prototipos de los biosensores del futuro.
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