Un nuevo método permite encapsular sustancias en nanoesferas parcialmente metálicas

Encapsular sustancias para liberarlas de forma controlada es una de las más recientes estrategias desarrolladas en el ámbito de la química, la medicina, la ciencia de materiales o el de las tecnologías para el medio ambiente. Con ella se persigue la idea de la "bala mágica", de la cual se habla desde hace tiempo, especialmente en el ámbito de la medicina: poder transportar las sustancias terapéuticas al lugar concreto (órganos o células) donde se necesita.

Hasta ahora, esto se ha conseguido con liposomas (muy usados en el ámbito de la cosmética), dendrímeros (macromoléculas poliméricas) o partículas orgánicas poliméricas. En todos los casos, la cápsula está formada por moléculas orgánicas. Sin embargo, nunca hasta ahora se había conseguido encapsular sustancias en partículas que contengan una parte de metal.

Eso es precisamente lo que acaba de conseguir un grupo de investigadores del Centre d'Investigació en Nanociència i Nanotecnologia (CIN2), un centro mixto constituido por el Institut Català de Nanotecnologia y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Los investigadores han desarrollado y patentado un método para obtener diminutas cápsulas metalorgánicas (es decir, formadas por material parcialmente orgánico y parcialmente metálico), con tamaños que van desde los micrómetros hasta los nanómetros. ¿Que se gana con la incorporación del metal? Pues que las esferas pueden disponer de las propiedades intrínsecas del metal, como el magnetismo, la fluorescencia o la conductividad, que pueden ser interesantes en aplicaciones médicas como el radiodiagnóstico, por ejemplo, la electrónica o los sensores.

Los autores del desarrollo son Daniel Maspoch, Inhar Imaz, Daniel Ruiz-Molina, investigadores del grupo NanoStructured Functional Materials (NanoSFun) del CIN2, y Jordi Hernando, investigador del Departamento de Química de la UAB. Todos ellos firman el artículo que será portada de la revista de química Angewandte Chemie International Edition, y que será publicado en la misma como uno de los trabajos destacados.

Método eficaz y fácilmente escalable

El método permite crear micro y nanoesferas a partir de la unión de dos unidades: una molécula orgánica o ligando, que actúa de "pegamento", y un ión metálico. Generalmente la molécula orgánica comparte un par de electrones con el ión metálico, por lo que tendrán tendencia a unirse. Descrito de forma simple, el método se basa en mezclar, en una solución, los iones metálicos, las moléculas orgánicas y el principio activo que se quiere encapsular. Agitando la mezcla, bien mecánicamente o con ultrasonidos, los iones metálicos se asocian con las moléculas orgánicas formando las esferas y encerrando, dentro de ellas, el principio activo que estaba presente en la solución. Se trata pues de un sistema sencillo, que no presentaría problemas especiales para su implementación a nivel industrial.

Pero esa simplicidad no quiere decir que no haya un amplio abanico de posibilidades. En función de la composición de la mezcla, de su concentración, de la velocidad y de la duración de la agitación, así como de la rapidez con la que se incorpora a la mezcla cada uno de los componentes, se puede graduar el tamaño de las nanoesferas o características como su fluorescencia o porosidad. Todos ellos son factores que se pueden controlar y que variaran en función de la aplicación que se busca. Por ejemplo, la porosidad es relevante en el caso de nanoesferas que vayan a liberar la sustancia encapsulada por difusión a través de los poros, explican los investigadores.

No obstante, en muchos otros casos la liberación de la sustancia se realiza por degradación de la propia nanoesfera, que se "deshace" al cabo de un tiempo determinado (que también se puede controlar) y libera su contenido. Por otro lado, en función de la aplicación que se busca, se puede cambiar las unidades que forman la nanoesfera (el ión metálico y la molécula orgánica). Así, una hipotética aplicación podría ser una esfera con gadolinio, lo que permitiría usarla como agente de contraste a la vez que transportaría el fármaco, encapsulado en su interior, directamente a las células a tratar -gracias a la incorporación de un anticuerpo que detectaría las células diana.

Las posibilidades, según explican los investigadores, son casi infinitas y la selección de las moléculas dependerá no sólo de la aplicación que se busca sino también de la estabilidad que se espera tenga la esfera. En el artículo publicado, los investigadores muestran los resultados con esferas formadas por zinc que, según se ha visto en pruebas de laboratorio, pueden mantenerse estables en alcohol durante unos 5 o 6 meses, período que se reduce a días cuando las nanoesferas están en agua o en sangre. No obstante, explican los científicos, están trabajando para hacerlas más estables.

La encapsulación tiene ventajas frente a los procesos convencionales de administración de fármacos porque limitan los efectos secundarios gracias a la liberación selectiva del fármaco en zonas específicas a tratar, reducen la cantidad necesaria de fármaco y mantienen durante más tiempo los niveles necesarios de fármaco. Esta estrategia ya se está aplicando en el tratamiento de enfermedades como el cáncer y problemas pulmonares. Se calcula que este negocio movió, en los Estados Unidos, unos 117 mil millones de dólares en 2000, cifra que puede incrementarse, según las previsiones, hasta los 366 mil millones de dólares en 2010.

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Referencia bibliográfica:

Metal-Organic Spheres as Functional Systems for Guest Encapsulation
Inhar Imaz, Dr., Jordi Hernando, Dr., Daniel Ruiz-Molina, Dr., Daniel Maspoch, Dr. Angewande Chemical International Edition Engl. 2008 Dec 23. [Epub ahead of print]