Nobel de Química para los inventores de una nueva arquitectura molecular

La Real Academia de Ciencias de Suecia ha concedido este miércoles el Premio Nobel de Química al japonés Susumu Kitagawa, al británico Richard Robson y al jordanoestadounidense Omar Yaghi por desarrollar una nueva arquitectura molecular: las estructuras metalorgánicas. Este avance permite crear materiales que extraen agua del aire en el desierto, atrapan dióxido de carbono, almacenan gases tóxicos o catalizan reacciones químicas, ha destacado el jurado.

Los tres premiados “han encontrado maneras de crear materiales completamente nuevos que tienen grandes cavidades en su interior, y que pueden verse casi como habitaciones en un hotel donde las moléculas invitadas entran y salen del material”, ha destacado Heiner Linke, presidente del comité Nobel de Química, en una conferencia de prensa.

Al igual que los andamios de un edificio, los componentes de estas redes metalorgánicas (que responden a las siglas inglesas MOF) pueden modificarse para crear materiales con nuevas propiedades, ha destacado el jurado. Las piedras angulares son iones metálicos, que están unidos por moléculas orgánicas largas hechas de carbono.

Yaghi es hijo de refugiados palestinos emigrados a Jordania que apenas sabían leer y escribir. El químico, que realizó su carrera tras emigrar a Estados Unidos, ha celebrado el galardón como un ejemplo de la “fuerza igualadora de la ciencia” en una entrevista con la organización del Nobel. “Crecí en un hogar muy humilde. Éramos doce viviendo en una pequeña habitación junto al ganado. Esto es completamente inesperado y es la belleza de la química. Si aprendes a controlar la materia a nivel atómico y molecular, el potencial es enorme. Nosotros encontramos una mina de oro, y el campo sigue creciendo de forma que otros científicos pueden convertirse en estrellas con nuevas contribuciones. Ha sido un viaje muy largo, y ha sido la ciencia la que lo ha hecho posible”, ha añadido.

Kitagawa, de 74 años y profesor de la Universidad de Kioto, ha dicho durante la rueda de prensa que aún hoy sigue “sorprendido” con las múltiples propiedades de estas estructuras, en las que sigue trabajando “por diversión”. “Mi sueño”, ha dicho, es “separar el aire o el agua en sus distintos componentes y convertirlos en materiales de interés usando solo energías renovables”.

En 1989, el químico Richard Robson —de 88 años y profesor emérito de la Universidad de Melbourne (Australia)— desarrolló una estructura a base de iones de cobre y moléculas orgánicas que, combinadas, formaban un cristal con cavidades. Pero este andamiaje microscópico era frágil y se rompía fácilmente, detalla la Academia.

Entre 1992 y 2003, Kitagawa y Yaghi le dieron solidez a estas estructuras con investigaciones que hicieron por separado. El japonés (74 años), actualmente profesor de la Universidad de Kioto, demostró que los gases pueden entrar y salir de estos materiales, y predijo que se podían construir estructuras flexibles con nuevas propiedades. Yaghi, nacido en Jordania hace 60 años y formado en Estados Unidos, donde es profesor de química en la Universidad de California en Berkeley, creó estructuras metalorgánicas de gran estabilidad, y demostró que se pueden diseñar racionalmente para darles las propiedades deseadas. En 2018, el químico ganó el Premio Fronteras del Conocimiento de la Fundación BBVA en ciencias básicas por diseñar estos nuevos materiales capaces de absorber los principales gases contaminantes del planeta, como el metano o el dióxido de carbono.

Los descubrimientos de estos tres científicos han permitido desarrollar decenas de miles de MOFs con múltiples funciones. Algunos pueden tener aplicaciones cruciales, como retirar del agua compuestos químicos como los PFAs, relacionados con el cáncer, o descomponer los restos de medicamentos presentes en mares, ríos y acuíferos.

“Estos científicos han cambiado el paradigma de la química”, resalta Daniel Maspoch, investigador del Instituto Catalán de Nanociencia, quien pasó un tiempo trabajando en el equipo de Yaghi en Berkeley, y sigue colaborando con él. Los descubrimientos de los premiados permiten “crear nuevos materiales porosos capaces de absorber muchas moléculas”. “Estos materiales pueden enfrentar muchos de los problemas que afrontan nuestras sociedades”, destaca Maspoch, miembro de la Real Academia de Ciencias, integrada en el Instituto de España.

La cualidad más importante de estos materiales es que forman estructuras en forma de red, destaca el químico madrileño Felipe Gándara, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), y que trabajó cinco años en el grupo de Yaghi. “Ellos han sido los pioneros en el diseño de estas redes con poros de distintos tamaños y con funciones químicas concretas”, destaca el científico. Las cualidades de estas redes a nivel atómico y molecular se reproducen a nivel macroscópico dando lugar a pequeños cristales similares a granos de sal y que pueden usarse para crear filtros, membranas y otros productos de interés bioquímico. La ciencia de los MOFs está floreciendo en España, donde hay muchos grupos trabajando en diferentes aplicaciones, destaca Gándara, cuyo equipo trabaja, entre otras cosas, en materiales metalorgánicos que extraen del agua restos de fármacos y cosméticos potencialmente nocivos.

Eugenio Coronado, director del Instituto de Ciencia Molecular de la Universidad de Valencia, explica que el hallazgo de estas estructuras por los tres premiados ha supuesto un “salto importante” en un área a caballo entre la química, la biología y la física. Hasta el descubrimiento de los MOFs, los materiales porosos más usados eran las zeolitas, compuestos inorgánicos muy robustos que son buenos en catálisis, pero no tanto en aplicaciones biológicas. Los MOFs son compuestos mucho menos resistentes que las zeolitas, lo que permite crear estructuras que transportan y liberan fármacos dentro del organismo y después pueden eliminarse fácilmente. Además, presentan variantes mucho más numerosas, apunta el investigador. “La próxima frontera”, añade, “es crear MOFs cuánticos con propiedades magnéticas, eléctricas u ópticas, que pueden ser interesantes en el campo de la física y las tecnologías cuánticas, un aspecto imposible de conseguir con las zeolitas”.

Desde 1901, 197 científicos han recibido el Premio Nobel de Química. Solo ocho mujeres han sido reconocidas (4%). La última en recibirlo fue la estadounidense Carolyn Bertozzi, premiada en 2022 junto a Morten Meldal y Barry Sharpless por el desarrollo de la química clic y la química bioortogonal, que se aplican al diagnóstico y desarrollo de nuevos tratamientos contra el cáncer.

El año pasado, recibió una mitad del premio el científico estadounidense David Baker por el diseño de proteínas con computadores. La otra mitad fue a parar al británico Demis Hassabis y al estadounidense John Jumper por la predicción de la estructura de las proteínas usando inteligencia artificial. El trabajo de estos tres científicos —el primero desde la Universidad de Washington, los segundos para el gigante tecnológico Google— ha sido esencial para la creación de moléculas de interés médico que no existían en la naturaleza y para agilizar la búsqueda y comprensión de proteínas de interés entre millones y millones de posibilidades distintas.

En 2023 recibieron el galardón el francés Moungi Bawendi, el estadounidense Louis Brus y el ruso Alexei Ekimov, por descubrir y sintetizar los puntos cuánticos, materiales tan diminutos que en ellos se manifiestan las asombrosas leyes de la mecánica cuántica. Estos nanocristales, de unas pocas millonésimas partes de milímetro, presentan propiedades útiles en multitud de aplicaciones tecnológicas y médicas, como el diagnóstico y el tratamiento experimental del cáncer.

Cada premio Nobel está dotado con una cantidad total de 11 millones de coronas suecas, aproximadamente un millón de euros, que los ganadores se reparten en partes determinadas por el jurado.

Acertar los ganadores del Nobel es siempre complicado por el hermetismo de las deliberaciones y la impredecibilidad de sus elecciones. Una forma de intentar acertar es analizar a los científicos cuyos estudios son más citados por la comunidad internacional. Este sistema de predicción, elaborado por la empresa Clarivate, daba como favoritos este año a Clifford Brangwynne, Anthony Hyman y Michael Rosen “por sus descubrimientos sobre el papel de los condensados biomoleculares separados por fases en la organización bioquímica de la célula”. También era favorito el experto en química y electrónica Jean-Marie Tarascon por sus descubrimientos sobre nuevos métodos de almacenaje y conversión de energía. Un tercer favorito era Tao Zhang, de la Academia de Ciencias China, por el desarrollo de la catálisis de un solo átomo.

Para la Sociedad Química de Estados Unidos, los favoritos de este año eran Joel Habener, Svetlana Mojsov y Jens Juul Holst, padres intelectuales de los nuevos fármacos contra la diabetes y la obesidad como Ozempik o Mounjaro, basados en su hallazgo de la hormona intestinal péptido similar al glucagón tipo 1 (GLP-1). Este galardón presentaría un problema para el jurado, pues en el hallazgo también participó Daniel Drucker, y el premio solo pueden recibirlo tres personas como máximo.