El despegue de la nanobiología

La inversión pública en nanotecnología desde 1997 hasta 2003 ha aumentado globalmente un 679% (a un ritmo de más del 40% anual) en EE UU, Japón y la Unión Europea hasta alcanzar los casi 3.000 millones de euros que actualmente se destinan a la investigación de lo más pequeño, dispositivos, materiales y estructuras concebidos a escala nanométrica. Un tercio de esta cantidad procede de las arcas de organismos públicos estadounidenses. Una parte cada vez menos desdeñable de esta inversión se está orientando, sobre todo en los dos últimos años, a unir bajo un mismo nombre la interacción de la maquinaria nanotecnológica con entidades de origen biológico. El objetivo, denominado indistintamente como nanobiología, nanobiotecnología o nanobioingeniería, es lograr nuevos y diminutos instrumentos que aúnen las capacidades funcionales de moléculas individuales tanto de origen inorgánico como biológico.

"Es una evolución lógica de la ciencia", asegura Josep Samitier, director del Laboratorio de Nanobioingeniería (Crebec) del Parque Científico de Barcelona, en áreas como la física, la química y la biología, además de en capacidades tecnológicas que permiten trabajar con moléculas individuales. Se trata de capacidades que no sólo llevan a tratar de caracterizar y operar con una molécula específica, sea biológica o no, sino también a aprovechar de algún 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 intrínsecas de un material y crecer sobre él, gracias a interacciones propias de la física de superficies, alguna entidad biológica con alguna funcionalidad o aplicación específica. ¿Para conseguir qué? "Tanto como alcance nuestra imaginación", responde Fernando Palacio, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (CSIC-Universidad de Zaragoza).

La imaginación en esta área emergente, consideran ambos investigadores, tiene límites poco definidos. En una revisión científica publicada recientemente por Arnaud Paris en la revista Applied Nanoscience, el catálogo de aplicaciones previsibles se extiende desde los ya conocidos chips de ADN hasta nanosistemas pensados para la ingeniería de tejidos pasando por el todavía experimental lab-on-a-chip, algo así como minúsculos dispositivos en los que realizar múltiples reacciones bioquímicas. Sensores y membranas con componentes biológicos para aplicaciones ambientales y en la industria alimentaria, motores biomoleculares, obtención de energía a partir de pilas de combustible o células fotovoltaicas que incorporan microorganismos, o biocomputación basada en la capacidad del ADN para almacenar y procesar información, completan una lista cada vez más amplia.

De todas las áreas que pueden verse beneficiadas por la inversión en nanobiología, Samitier y Palacio coinciden en que probablemente vaya a ser la biomedicina la que presente frutos más espectaculares a medio plazo. Aplicaciones basadas en hipertermia o en ingeniería 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 generación de tejidos a partir de células madre adultas. Para lograrlo, el primer paso consiste en definir un sustrato inerte que permita que las células 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 moléculas individuales que permitan primero depositar las células madre y, segundo, su proliferación y diferenciación. El objetivo último de este proyecto es desarrollar una alternativa para autotrasplantes.

En este mismo campo pero en una línea situada casi al otro extremo, se sitúa la investigación dirigida por Palacio en el centro aragonés. Su objetivo es aprovechar los fenómenos de hipertermia como mecanismo terapéutico en aquellas enfermedades cuya mejoría depende de la muerte celular, como ocurre en todas las formas de cáncer conocidas. En este caso, el concepto es tan simple como antiguo. Se trata de hacer llegar una molécula a la célula cancerosa y aplicar un campo magnético que eleve su temperatura hasta los 45 grados, suficiente para eliminarla.

Los primeros intentos en esta línea de investigación datan al menos de hace 20 años, 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 Ángel Millán, con quien lleva desarrollando nanomoléculas magnéticas en el último decenio, han definido un sistema que permite obtener en una única reacción una mezcla homogénea de partículas de un óxido de hierro de cuatro nanómetros. Su forma acicular facilita tres procesos indispensables: su circulación por el torrente sanguíneo; la posibilidad de atravesar membranas celulares; y el incremento controlado de su temperatura mediante un campo magnético de mediana intensidad.

El trabajo que queda por hacer, admite el investigador, no es trivial. Lo más simple, aunque no por ello fácil, es determinar una proteína diana producida por una célula cancerosa. "Existe una amplia variedad de moléculas y procesos biológicos específicos sobre los que trabajar", indica. Pero el problema radica en identificar otra proteína que pueda anclarse sin perder funcionalidad con la nanomolécula magnética y, al mismo tiempo reconozca a la diana de forma específica. Si bien la primera parte ha dado como resultado una patente sobre el proceso de obtención de las nanopartículas, la segunda requiere todavía "una larga investigación".

El grupo dirigido por Samitier en Barcelona participa también en el desarrollo de sensores basados en proteínas olfativas. "Uno de los sistemas de detección de compuestos más sofisticado y más selectivo es el órgano 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 técnicas de biotecnología, añade, permite aislar los receptores olfativos y hacerlos crecer mediante levaduras modificadas genéticamente. Una vez producidos, el objetivo es asociarlos a una matriz de nanoelectrodos que identificaría el compuesto gracias a la diferencia de señal eléctrica generada por el cambio de forma que se da en la proteína.