Nuevo prototipo de micronadadores artificiales con aplicaciones en biotecnología

Los nadadores artificiales son dispositivos a escala micrométrica que pueden navegar por estrechos canales biológicos y artificiales. «El concepto teórico es simple aunque a primera vista pueda parecer más complejo» comenta Pietro Tierno. «Existen muchos trabajos teóricos sobre este tema pero llegar a escalas tan pequeñas con modelos experimentales no es tan sencillo. Con este nuevo prototipo de microswimmer, hemos dado un paso adelante en la investigación aplicada en este área de la ciencia».

El primer modelo experimental de nadador artificial fue presentado por el equipo de Rémi Dreyfus (Nature, 2005) y se basaba en cadenas de particulas ensambladas con moléculas de ADN ligadas a células sanguíneas. Ahora, la investigación dirigida por Pietro Tierno mejora resultados y presenta unos pequeños nadadores artificiales formados por cadenas cortas de DNA (25 pares de bases) asociadas a rotores paramagnéticos (coloides). Un campo magnético induce un movimiento de precesión horizontal en los coloides situados cerca de una pared y facilita el desplazamiento del sistema en trayectoria rectilínea (con velocidad máxima de 10µm/s en swimmers simétricos y 3,2 en asimétricos). «Se trata de un modelo general y sencillo –explica el investigador- que puede aplicarse a otras estructuras».

En la escala de lo pequeño, conviene encontrar soluciones simples para problemas complejos. En el mundo a microescala de los pequeños nadadores, los efectos de la inercia son despreciables y el problema es la alta viscosidad de los fluidos. ¿Qué propiedades básicas han cumplir los artificial microswimmers en este microambiente? En primer lugar, tienen que ser estables y desplazarse de forma eficiente, y han de ser fácilmente manejables de forma externa (con campos eléctricos, magnéticos, etc) para poder controlar con precisión la velocidad, la dirección y el sentido del movimiento.

Mantener un campo magnético estable, obtener diseños sencillos de coloides que se unan al DNA y comprender la mecánica del movimento del sistema son algunos de los principales retos de esta investigación. El nuevo prototipo, en trámite de patente a través del Centro de Patentes UB, permite un mayor nivel de control respecto a otros modelos anteriores. «Si mantenemos el campo magnético, el movimiento de estos nadadores podría ser permanente, nunca se pararía. Además, estos nadadores necesitan una superficie para desplazarse; sin eso, no podrían moverse. Eso es importante. Con otros nadadores, esto no había sido demostrado» añade el investigador Tierno.

Algunos científicos se han inspirado en el mundo de los microorganismos para imitar el diseño de estructuras biológicas relacionadas con el movimiento (flagelos en bacterias, etc). Pero los modelos naturales no siempre son una buena solución en este área de la ciencia. «La naturaleza tiene soluciones más innovadoras pero inspirarse en ella es a veces más complicado. El científico tiene que entender la naturaleza y luego podrá inspirarse en ella para reproducirla. En nuestro caso, es dificil encontrar bacterias con un modelo de desplazamiento similar al de nuestros swimmers».

Las fronteras de la miniaturización se amplían y abren nuevas perspectivas en investigación básica y aplicada. «Los micronadadores podrían aplicarse en nanomedicina, biotecnologia, química analítica, microfluídica, etc. La idea es usar estos pequeños mensajeros como transportadores de fármacos, por ejemplo: es muy fácil funcionalizar la superficie química de estas partículas y dirigirlas por medio de los campos magnéticos hasta que contacten con células u otras estructuras diana. Se puede diseñar una nueva generación de carriers o transportadores con gran capacidad de seleccionar el objetivo biológico» apunta Tierno.