Plataforma Española de Nanomedicina · NANOMED Spain
La Plataforma Española de Nanomedicina es una iniciativa que pretende aglutinar a los principales actores españoles de la investigación, la industria y la administración, con el fin de impulsar una estrategia común en un campo tan sumamente multidisciplinar.
La industria del sector biomédico y biotecnológico juega un papel de liderazgo en la Plataforma, apoyada de manera muy activa por centros tecnológicos, organismos de investigación, universidades y hospitales, así como por parte de la administración pública española.
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La Cátedra SAMCA de Nanotecnología de la Universidad de Zaragoza, en colaboración con el CIBER-BBN a través del grupo que lidera Jesús Santamaría y el Instituto de Nanociencia de Aragón, ofrecerá “Bonos Nanotec” a aquellas empresas que deseen explorar las posibilidades que se abren en el ámbito de la Nanotecnología. En concreto, financiará íntegramente un servicio de consultoría técnica por un valor de hasta 5.000 euros para ayudar a las empresas a iniciarse en este ámbito científico.
En la actualidad, existen más de 8.300 productos desarrollados gracias a la Nanotecnología y se estima que los productos nanotecnológicos han alcanzado la cifra de 4 billones de dólares en el mercado global durante 2018. De ahí, que se considere que la Nanotecnología representa una revolución industrial de enorme impacto económico, ofreciendo a las empresas nuevas oportunidades de mercado en todos los ámbitos y sectores.
Para ayudar a más empresas a iniciarse en este campo, la Cátedra SAMCA de Nanotecnología con el respaldo institucional del Vicerrectorado de Transferencia e Innovación Tecnológica de la Universidad de Zaragoza ha apostado por esta novedosa iniciativa y en lo que queda de año se adjudicarán seis “Bonos Nanotec” por valor de 5.000€ cada uno.
Esta ayuda contempla una entrevista inicial, para detectar oportunidades, una asesoría científica en nanotecnología que permita su análisis, la puesta en contacto con investigadores del Instituto de Nanociencia de Aragón expertos en las áreas requeridas, medidas iniciales caracterización y laboratorio, y elaboración, en su caso, de planes de actuación en colaboración con los expertos en nanotecnología.
En este programa pueden participar todas las empresas de nivel nacional o internacional que no hayan tenido colaboraciones anteriores con el Instituto de Nanociencia de Aragón y que tengan un interés previo por explorar oportunidades en la Nanotecnología.
El plazo de solicitud está abierto de forma continua, hasta agotar el presupuesto disponible.
El trabajo está basado en la variación de la fluorescencia de los nanopuntos de carbono (CNDs) al interaccionar con ADN de cadena sencilla o doble
Los nanopuntos de carbono (CNDs) son un material fluorescente no tóxico con una variedad de potenciales aplicaciones en bioanálisis. En un trabajo desarrollado por el grupo de Sensores y Biosensores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), en el que se estudió su interacción con ADN de cadena sencilla y doble, los investigadores encontraron que la interacción se produce en mayor extensión con el ADN de cadena doble, causando un aumento de su fluorescencia.
En base a estos resultados, publicados en Microchimica Acta, el equipo diseñó un método para la detección de mutaciones en los genes BRCA1, CFTR y MRP3, asociadas a importantes enfermedades como el cáncer de mama, la fibrosis quística y la hepatitis autoinmune.
Los métodos de diagnóstico de las enfermedades genéticas humanas se basan generalmente en la detección de mutaciones en los genes relacionados con ellas. La forma habitual de detectar estas mutaciones es la secuenciación del ADN, que con frecuencia es una tarea laboriosa que depende tanto del tamaño del gen como de las numerosas mutaciones posibles.
“El desarrollo de ensayos rápidos para la detección de secuencias de ADN específicas o la presencia de mutaciones de ADN, basados en el principio del emparejamiento de bases complementarias, reducirá en gran medida el tiempo de ensayo y simplificará los protocolos analíticos”, afirman los autores.
“La idea —agregan— es proporcionar ensayos que puedan realizar exploraciones moleculares potentes, capaces de identificar y analizar cambios en la expresión génica”.
En el método desarrollado, la fluorescencia de los nanopuntos de carbono (preparados a partir de ácido cítrico y etilendiamina) apenas se altera al interaccionar con el oligonucleótido o sonda de un fragmento de ADN de los genes estudiados, para formar el correspondiente bioconjugado.
Sin embargo, los investigadores observaron un aumento drástico de la fluorescencia al hibridar la sonda sobre el bioconjugado con su secuencia de ADN totalmente complementaria. “Este aumento permite reconocer dicha secuencia de ADN, así como alteraciones en la misma, por la menor señal fluorescente originada al hibridar la sonda del bioconjugado con la secuencia portadora de la alteración”, aseguran.
Este método fue probado para la detección de alteraciones consistentes en un polimorfismo de un solo nucleótido en los genes BRCA1 y MRP3, y en la deleción (tipo de mutación genética en la cual se pierde material genético) de tres bases en el gen CFRT. De acuerdo con los resultados, el método es sensible al grado de no complementaridad de la secuencia diana, dando un menor aumento de la señal fluorescente en el caso de la deleción.
Referencia bibliográfica: Tania García-Mendiola, Cristina Garcia Elosegui, Iría Bravo, Félix Pariente, Alejandra Jacobo-Martin, Cristina Navio, Reinhold Wannemacher and Encarnación Lorenzo. Fluorescent C-NanoDots for rapid detection of BRCA1, CFTR and MRP3 gene mutations. Microchimica Acta (2019) 186:293; DOI: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00604-019-3386-9
Foto del nuevo comité ejecutivo de la ETPN durante Nanomed Europe 2019 en Braga (Foto: ETPN).
Ruth Schmid, vice-presidenta de marketing en SINTEF, ha sido elegida como nueva presidenta de la ETP Nanomedicine Executive Board durante el primer día de la Asamblea General celebrada el 17 de junio de 2019 durante el evento de Nanomed Europe 2019 (NME19) en Braga. Ruth Schmid estará a cargo de la plataforma con el soporte del brillante y recién renovado equipo, que cuenta con Agnès Pottier (de Nanobiotix) y con Raymond Schiffelers (profesor de nanomedicina en UMC Utrecht) ambos como vicepresidentes de la ETPN. Todos ellos completarán el nuevo equipo nombrando a sus vicepresidentes y abrirán todos juntos una nueva era para la ETPN, ¡con la preparación de Horizon Europe como primer objetivo!
El Grupo de investigación de oncogénesis y Antitumorales que lidera Ramon Mangues en el Instituto de Investigación del Hospital de Sant Pau-IIB Sant Pau ha desarrollado el primer fármaco de tamaño nanométrico que es selectivamente antimetastático. El medicamento se ha probado en animales y los resultados son esperanzadores: contempla las metástasis y además induce la muerte de las que ya están en marcha. Esta investigación necesita completarse con otros fondos para llegar a que la clínica sea una realidad.
El Grupo de investigación de oncogénesis y Antitumorales, del Instituto de Investigación del Hospital de Sant Pau-IIB Sant Pau, liderado por el Dr. Ramon Mangues, ha desarrollado el primer fármaco de tamaño nanométrico que es selectivamente antimetastàtic. Este nuevo medicamento ha probado en animales y los resultados son esperanzadores: contempla las metástasis y además induce la muerte de las que ya están en marcha. Esta investigación necesita completarse con otros fondos para llegar a que la clínica sea una realidad.
La quimioterapia actual afecta tanto a las células tumorales como las sanas. En cambio, la nueva nanomedicina fármaco no causa toxicidad para que se comporta como un dron: escanea las células del organismo en busca de su objetivo y sólo elimina las malignas; las sanas salen indemnes. Además, buena parte del medicamento se acumula en el tumor, lo que puede evitar muchos de los efectos secundarios de la quimioterapia convencional.
La precisión del nuevo tratamiento es posible gracias al uso de un nanoconjugat, formado por nanopartículas proteicas unidas a un fármaco quimioterápico muy potente, que alcanza el direccionamiento y la entrega selectivo del medicamento. En concreto se dirige única y exclusivamente hacia el receptor de membrana CXCR4, que se encuentra sobreexpresado en la membrana de las células madre metastásicas, esto es, las que tienen capacidad de iniciar y mantener las metástasis. De este modo, se consigue eliminar selectivamente las células responsables del comienzo y el mantenimiento de las metástasis.
El nuevo fármaco se ha probado en un modelo murino de cáncer colorrectal con metástasis en el pulmón, hígado, peritoneo y los ganglios linfáticos. También ha funcionado en animales con leucemia, linfoma y cáncer de endometrio.
En un par de años, los investigadores confían en poder probarlo en humanos y esperan que tenga un elevado impacto en el tratamiento oncológico, para que las terapias actuales ofrecen un control muy limitado de las metástasis y se asocian con efectos adversos graves. Además, creen que el nanoconjugado podría ser útil en más de 20 tipos de cánceres.
Fondos públicos y privados para poder iniciar un Ensayo Clínico Fase I
Para poder poner en marcha este estudio de Fase I (en personas), los investigadores han fundado la spinf-off Nanoligent, empresa creada con tecnología desarrollada en colaboración entre el Instituto de Investigación del Hospital de Sant Pau-IIB Sant paz y la Universidad Autónoma de Barcelona, mediante el profesor Antonio Villaverde y la doctora Esther Vázquez, con la implicación del CIBER-BBN y la ICTS Nanbiosis. También han conseguido un proyecto Retos del Ministerio de Economía y Empresa.
La Sociedad Española de Oncología Médica (SEOM) estima que en el año 2035 habrá 315.000 nuevos casos de cáncer anuales. A día de hoy no hay en el mercado fármacos que eliminen selectivamente las metástasis, y la diseminación metastásica es la responsable de la mayor parte de muertes en pacientes oncológicos.
El grupo ha contado con el apoyo de la Unidad de Transferencia e Innovación del IIB Sant Pau que es miembro de la Plataforma de Innovación en Tecnologías Médicas y Sanitarias del Instituto de Salud Carlos III, ITEMAS.
Para poder poner en marcha este estudio de Fase I (en personas), los investigadores han fundado la spinf-off Nanoligent, empresa creada con tecnología desarrollada en colaboración entre el Instituto de Investigación del Hospital de Sant Pau-IIB Sant Pau y la Universidad Autónoma de Barcelona, mediante el profesor Antonio Villaverde y la doctora Esther Vázquez, con la implicación del CIBER-BBN y la ICTS Nanbiosis. También han conseguido un proyecto Retos del Ministerio de Economía y Empresa.
El grupo ha contado con el apoyo de la Unidad de Transferencia e Innovación del IIB Sant Pau que es miembro de la Plataforma de Innovación en Tecnologías Médicas y Sanitarias del Instituto de Salud Carlos III, ITEMAS. Esta plataforma ha realizado un vídeo para explicar el proyecto y facilitar que pueda llegar a la sociedad.
Artículo de referencia: Instituto de Investigación del Hospital de Sant Pau-IIB Sant Pau
Fuente: vídeo de la Plataforma de Innovación en Tecnologías Médicas y Sanitarias (ITEMAS)
Este nuevo tratamiento, descrito en Clinical Cancer Research, se centró en la oncoproteína Gasdermina-B (GSDMB), ya que estudios previos llevados a cabo por el mismo grupo de la UAM habían comprobado que esta molécula promueve un comportamiento agresivo y la resistencia a tratamientos oncológicos estándar en tumores de mama.
“Uno de los objetivos de nuestro grupo de investigación consiste precisamente en el diseño de terapias específicas que permitan revertir la resistencia a fármacos y reducir el fallo terapéutico que tienen los pacientes oncológicos”, apunta Gema Moreno-Bueno, directora el equipo de investigadores de la UAM.
Concretamente, este equipo ha desarrollado un anticuerpo específico contra dicha oncoproteína. El anticuerpo, unido a nanopartículas diseñadas por el equipo que dirige María José Alonso en la USC, fue capaz de introducirse de forma específica en las células tumorales para reducir eficazmente el tamaño tumoral y la metástasis en diversos modelos preclínicos, sin toxicidad aparente en los tejidos sanos.
“Estos resultados confirman por primera vez el papel de GSDMB como una nueva diana terapéutica en cáncer y amplían el uso de la nanomedicina en el tratamiento del cáncer”, asegura por su parte Ángela Molina-Crespo, investigadora de la UAM y primera autora del trabajo.
Nanomedicina oncológica de precisión
Uno de los objetivos de la oncología actual es el desarrollo de nuevos tratamientos más específicos, efectivos y con menos efectos secundarios. Para ello resulta esencial identificar nuevos biomarcadores que se encuentren alterados en las células tumorales y que podrían convertirse en potenciales dianas terapéuticas para el desarrollo de terapias específicas, y que podrían ser tratados con modernas aproximaciones tecnológicas como la nanomedicina.
En este sentido, la generación de fármacos dirigidos a la célula tumoral, como fundamento de la medicina de precisión, se ha visto impulsada por el uso de anticuerpos terapéuticos contra proteínas importantes para el desarrollo tumoral. Sin embargo, hasta ahora, estos anticuerpos se dirigían mayoritariamente contra proteínas localizadas en el exterior de las células tumorales, limitándose su aplicabilidad en oncología.
Artículo de referencia: Molina-Crespo A, Cadete A, Sarrio D, Gamez-Chiachio M, Martinez L, Chao K, Olivera A, Gonella A, Diaz E, Palacios J, Dhal PK, Besev M, Rodriguez-Serrano M, García-Bermejo ML, Triviño JC, Cano A, Garcia-Fuentes M, Herzberg O, Torres D, Alonso MJ, Moreno-Bueno G. Intracellular delivery of an antibody targeting Gasdermin-B reduces HER2 breast cancer aggressiveness. Clin Cancer Res. 2019 May 7. pii: clincanres.2381.2018. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-18-2381. IF: 10.199
Imagen de varios islotes microencapsulados. Foto: Albert Espona-Noguera. (Fuente: UPV/EHU)
El grupo de investigación del CIBER-BNN Nanobiocel, liderado por José Luis Pedraz en la UPV/EHU, en colaboración con el grupo BIOMICS también de la UPV/EHU, ha logrado reducir un 80 % el volumen de implante de microcápsulas conteniendo células del páncreas que producen insulina gracias a un novedoso sistema de separación magnética de microcápsulas. De esta manera, disminuyen las complicaciones médicas derivadas de la implantación de grandes volúmenes de microcápsulas y mejora el tratamiento de la diabetes mellitus tipo 1.
La diabetes mellitus tipo 1 (DMT1) contribuye al 10 % del total de casos de diabetes mellitus en todo el mundo, principalmente en personas jóvenes, y se considera un peligro para la salud en aumento. DMT1 se caracteriza por una destrucción autoinmune de las células del páncreas que producen insulina (islotes pancreáticos), que resulta en una deficiencia severa de insulina y, posteriormente, la elevación de los niveles de glucosa en la sangre. Actualmente, la terapia basada en inyecciones de insulina es el tratamiento que se aplica en pacientes diabéticos tipo 1. Sin embargo, además de las complicaciones médicas que supone a largo plazo, este tratamiento requiere múltiples mediciones diarias de glucosa en sangre y administración de insulina subcutánea en los pacientes por el resto de sus vidas.
Alternativamente, “el trasplante de islotes pancreáticos aislados del páncreas de donantes proporciona una nueva fuente de células productoras de insulina capaces de aportar los requerimientos de insulina acorde a los niveles de glucosa en la sangre en pacientes con DMT1. Uno de los obstáculos del trasplante de islotes es el uso a largo plazo de inmunosupresores para evitar el rechazo inmune de los islotes trasplantados, los cuales reducen las defensas del paciente e implican complicaciones médicas severas”, explica investigador del CIBER-BBN en la UPV/EHU Albert Espona Noguera. “Para evitar este problema —continúa—, los islotes pancreáticos pueden aislarse del sistema inmune del paciente mediante técnicas de microencapsulación donde los islotes son encapsulados en microcápsulas hechas de materiales biocompatibles (no tóxicos). Entre muchos materiales utilizados en la microencapsulación de células, el alginato es el material más utilizado. Este polímero natural tiene excelentes propiedades para aplicaciones biomédicas ya que ofrece una alta biocompatibilidad y una baja toxicidad”. Sin embargo, “la técnica de microencapsulación tiene varios obstáculos técnicos que dificultan su aplicación clínica. Un problema crucial es el alto número de microcápsulas vacías generadas durante el proceso de microencapsulación de los islotes, lo que lleva a un gran incremento del volumen de microcápsulas a implantar, que puede aumentar la reacción inmunitaria del huésped después de la implantación” comenta Espona Noguera, autor principal del trabajo.
Novedoso sistema de separación magnética
Con el fin de evitar el elevado número de microcápsulas vacías, “hemos propuesto un enfoque novedoso para la purificación de islotes microencapsulados para reducir el volumen del implante separando los islotes microencapsulados de las microcápsulas vacías”, explica el investigador, que forma parte también de la ICTS Nanbiosis. “Hemos desarrollado un sistema de separación magnética de microcápsulas que combina distintas tecnologías: nanopartículas magnéticas y un chip microfluídico, es decir, un chip con canales de tamaño micrométrico, obtenido mediante técnicas de impresión 3D que contiene imanes posicionados estratégicamente”, añade el investigador. “Para la separación de las microcápsulas, los islotes pancreáticos son puestos en contacto con las nanopartículas magnéticas, confiriéndoles así propiedades magnéticas. Después los islotes son microencapsulados, obteniendo de esta manera cápsulas conteniendo los islotes magnéticos y cápsulas vacías no magnéticas. Cuando las microcápsulas son bombeadas a través de los microcanales del chip, los imanes desplazan las cápsulas magnéticas hacia un microcanal de salida, mientras que las cápsulas vacías no magnéticas siguen su curso por otro microcanal de salida”, detalla. De esta manera, “conseguimos eliminar las cápsulas vacías y, en consecuencia, reducimos el volumen de implante terapéutico de microcápsulas. La gran eficiencia de purificación de este sistema de separación magnética nos ha permitido reducir el volumen de implante casi un 80 %, reduciendo así las complicaciones derivadas de la implantación de grandes volúmenes de microcápsulas y proporcionándonos una nueva alternativa para el tratamiento de la DMT1”, subraya Espona Noguera.
Además, “en este trabajo hemos estudiado la funcionalidad de los implantes purificados en modelos animales diabéticos. Hemos observado que después de la implantación subcutánea de los islotes microencapsulados en animales diabéticos, los niveles de glucosa en sangre se restablecieron en los niveles normales durante casi 17 semanas” añade.
La Comisión Europea ha nombrado recientemente al profesor Marco Ferrari como nuevo presidente del Consejo Europeo de Investigación (European Research Council, ERC por sus siglas en inglés). El profesor Ferrari asumirá su nuevo cargo a partir del 1 de enero de 2020, cuando finalice el mandato del actual presidente Jean-Pierre Bourguignon.
El profesor Ferrari tiene una distinguida carrera académica, que incluye muchos años en los Estados Unidos, durante los cuales contribuyó a múltiples campos, incluidos matemática, ingeniería, medicina y biología, y ayudó a promover el campo de la nanomedicina.
Mauro Ferrari fué profesor asociado de ingeniería en Berkeley, y luego se trasladó a la Universidad Estatal de Ohio como profesor de bioingeniería, medicina interna e ingeniería mecánica. En 2006 se trasladó al MD Anderson Cancer Center y al Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en Houston, donde asumió la presidencia del departamento de nanomedicina e ingeniería biomédica, y en 2010 aceptó el cargo de presidente y director ejecutivo del Instituto de Investigación Metodista de Houston. En 2018 Fue nombrado Jefe de Comercialización de Houston Methodist y se retiró en 2019.
El nuevo presidente se une al ERC en un momento importante para su desarrollo. Para el próximo presupuesto a largo plazo de la UE, la Comisión ha propuesto a Horizon Europe, el programa de investigación e innovación de la UE más ambicioso.
Tras su nombramiento, el profesor Mauro Ferrari declaró que «“Es un honor haber sido elegido para ser el próximo presidente del Consejo Europeo de Investigación. Me gustaría agradecer a la Comisión Europea y al Consejo Científico del ERC por confiar en mí para liderar este esfuerzo único mientras preparamos el terreno para el nuevo programa Horizon Europe de la UE «.
Galardonados en el programa ICREA Academia. (Foto: ICREA)
El pasado 30 de abril se entregaron, en el Palacio de la Generalitat, las distinciones ICREA Academia que, en su convocatoria de 2018, han reconocido la labor de los investigadores del CIBER-BBN Toni Villaverde y Fèlix Ritort. En dicha convocatoria fueron distinguidos 45 expertos de todo el ámbito catalán.
Con el reconocimiento ICREA Academia, cada uno de los investigadores recibirá 40.000 € al año, durante un período de 5 años, para continuar con su trabajo de investigación. Estas distinciones están destinadas al profesorado universitario que hace investigación y docencia y, en especial, al que se encuentra en fase plenamente activa y de expansión de su actividad investigadora.
El programa ICREA Academia reconoce la labor de investigación del profesorado que desarrolla su actividad en alguna universidad pública catalana y, al mismo tiempo, contribuye a retener el talento investigador dentro del sistema universitario de Cataluña.
Toni Villaverde, jefe de grupo del CIBER-BBN en la Universidad Autónoma de Barcelona y el Instituto de Biotecnología y de Biomedicina (IBB).
Fèlix Ritort Farran jefe de grupo CIBER-BBN, catedrático de la Universidad de Barcelona del Departamento de Física de la Materia Condensada y miembro del Instituto de Nanociencias y Nanotecnología (IN2UB).
De izquierda a derecha: Rosa María Hernández, Edorta Santos Vizcaino, Ainhoa Gonzalez Pujana, Gorka Orive y José Luis Pedraz (Fuente: UPV/EHU)
Investigadores del grupo NanoBioCel que lidera José Luis Pedraz en el CIBER-BBN y la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), junto a la Universidad de Míchigan (EE.UU.), han desarrollado un dispositivo biomédico de inmunoaislamiento celular (microcápsulas) con capacidad intrínseca para ser rastreado una vez implantado en el organismo. El novedoso diseño incorpora una sustancia natural llamada genipina, la cual emite fluorescencia intensa y estable en el rango del rojo lejano.
La monitorización no invasiva de los biosistemas basados en hidrogeles implantados, generalmente, requiere de un marcaje indirecto del vehículo o la carga, lo que aumenta la complejidad y el riesgo potencial de alterar su funcionalidad. Por primera vez, este grupo de investigadores ha demostrado que se pueden producir biosistemas basados en hidrogeles a partir de biomateriales con propiedades intrínsecas para su seguimiento no invasivo, en este caso, mediante el uso de la genipina.
El trabajo se ha publicado recientemente en Journal of Biophotonics y ha sido seleccionado por la revista como tema de portada en el mes de abril.
“Es importante señalar que hasta la fecha nadie ha explotado la fluorescencia natural emitida por la genipina como un sistema de monitorización no invasivo en terapias celulares implantadas en seres vivos –destacan los investigadores-. Como primer hito en ese sentido, hemos desarrollado un novedoso dispositivo de inmunoaislamiento que incorpora la genipina en su propio diseño, pudiendo así ser rastreable una vez implantado en el organismo. Mediante un procedimiento rápido, eficiente y no citotóxico, hemos logrado maximizar la fluorescencia de las microcápsulas hasta lograr una excelente relación de señal/ruido. Además, hemos validado el uso de la genipina como una sonda de imagen cuantitativa, demostrando que se obtiene una fluorescencia intensa y estable con buena linealidad de señal frente a dosis de microcápsulas implantadas durante varias semanas. A través de esa estrategia, hemos logrado evaluar la dosis real inyectada de forma inmediata y controlar su posición a lo largo del tiempo, lo que mejora significativamente la bioseguridad y eficacia de la terapia”.
Además, la idea puede tener una aplicación potencial exitosa en la industria de las nano, micro y macro tecnologías basadas en hidrogeles. Esas están llamadas a ser piezas fundamentales tanto para la investigación biomédica como para el avance de la medicina clínica a través de aplicaciones como la ingeniería de tejidos, la medicina regenerativa. “A medida que los sistemas de imagen de fluorescencia se vayan implementando gradualmente en la práctica clínica, creemos que nuestra propuesta podría tener una aplicabilidad exitosa en el avance de múltiples biotecnologías basadas en hidrogeles, incluidos los sistemas de administración de fármacos y células, vacunas o biosensores”, concluyen.
NanoBioCel es un grupo de investigación del Laboratorio de Farmacia y Tecnología Farmacéutica de la UPV/EHU y es miembro, a su vez, del CIBER-BBN y de la infraestructura científico técnica singular Nanbiosis-ICTS.
Artículo de referencia: Edorta Santos‐Vizcaino, Henry Haley, Ainhoa Gonzalez‐Pujana, Gorka Orive, Rosa Maria Hernandez, Gary D. Luker, Jose Luis Pedraz. Monitoring implantable immunoisolation devices with intrinsic fluorescence of genipin. Journal of Biophotonics (April 2019) DOI: https://doi.org/10.1002/jbio.201800170
Los hallazgos son relevantes tanto para comprender la actividad biológica del ADN como para su integración en nano-estructuras y dispositivos.
Un estudio de la Universidad de Basilea (Suiza) y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) publicado en la revista Nature Communications muestra cómo combinar medidas de espectroscopia de fuerzas y simulaciones numéricas para entender los procesos de adsorción y desorción de una superficie, y determinar así la respuesta mecánica del ADN al nivel de bases individuales.
Estudiar del ADN no solo es importante por su papel como almacén de la información hereditaria en el núcleo de las células, si no por sus posibles aplicaciones en nanotecnología. En particular, un proceso llamado ADN origami explota el plegado de hebras de ADN para crear moldes con los que sintetizar pequeñas estructuras (del tamaño de unos pocos nanómetros) en dos y tres dimensiones. Estas estructuras tienen aplicaciones como contenedores de productos farmacéuticos, conductores eléctricos y sensores.
Para ser capaz de controlar la forma de esas nano-estructuras, es importante conocer la elasticidad y las fuerzas de enlace de los componentes del ADN. Estas propiedades pueden medirse con la precisión necesaria a bajas temperaturas.
A mayor longitud mayor elasticidad
En su trabajo los investigadores utilizaron una técnica llamada de “spray” para depositar hebras de ADN con 20 nucleótidos del tipo citosina y una longitud de unos pocos nanómetros en una superficie de oro.
“Trabajando a una temperatura muy baja, de 5 Kelvin, usamos la punta de un microscopio de fuerzas atómicas para levantar uno de los extremos de la hebra. Durante este proceso, cada una de los nucleótidos que forman la hebra se va despegando uno a uno de la superficie. De esta forma logramos determinar la elasticidad del fragmento y las fuerzas necesarias para despegar la molécula de ADN de la superficie de oro”, describen los autores.
Esta técnica, que se había aplicado antes a otras moléculas, muestra un comportamiento inesperado: cuanto más largo es el fragmento de ADN que se ha despegado, mayor es su elasticidad.
Según los investigadores este resultado se puede explicar considerando que los componentes individuales de la hebra de ADN se comportan como un conjunto de muelles conectados entre sí. “Las medidas nos permiten determinar la respuesta elástica del enlace químico entre cada par de nucleótidos vecinos”.
Las simulaciones de ordenador, desarrolladas por los investigadores de la UAM, han ayudado a entender tanto la estructura del ADN después del proceso de adsorción, como la razón por la que el ADN se despega de forma discontinua de la superficie.
Estas simulaciones muestran que hay una competencia entre la deformación elástica acumulada en el fragmento despegado y los enlaces entre las bases de citosina en cada nucleótido y la superficie de oro. Por encima de una cierta deformación umbral, estos enlaces se rompen y la hebra se desplaza de forma abrupta sobre la superficie. Los valores de elasticidad obtenidos a partir de las simulaciones están en muy buen acuerdo con los experimentos, confirmando la validez del modelo de muelles en serie para describir la respuesta mecánica.
El estudio también confirma que la espectroscopia de fuerzas a baja temperatura es una herramienta muy adecuada para estudiar la elasticidad y las propiedades de enlace de hebras de ADN sobre superficies. Al igual que la microscopia electrónica de baja temperatura, proporciona a los científicos una imagen de la estructura de muestras biológicas. “Esta técnica nos da acceso a las propiedades de fricción y respuesta mecánica de los componentes del ADN, lo que resulta fundamental para determinar la viabilidad de posibles técnicas alternativas de secuenciación basadas en microscopia de fuerzas”, concluyen los autores.
Artículo de referencia: Rémy Pawlak, J.G. Vilhena, Antoine Hinaut, Tobias Meier, Thilo Glatzel, Alexis Baratoff, Enrico Gnecco, Rubén Pérez , Ernst Meyer. Conformations and cryo-force spectroscopy of spray-deposited single-strand DNA on gold. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-019-08531-4
Fuente: UAM – mi+d
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