13.05.2020 - Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

Los nanopropulsores magnéticos entregan material genético a las células

Gran potencial para aplicaciones biomédicas y cirugías mínimamente invasivas del futuro

Un equipo interdisciplinario de científicos de Stuttgart, Heidelberg y Londres desarrolló nanopropulsores magnéticos en miniatura que pueden llevar material genético a las células. Utilizaron un material magnético que supera a los microimanes más fuertes conocidos, pero que es químicamente estable, no tóxico y biológicamente compatible. Estos nuevos nanopropulsores tienen un gran potencial para las aplicaciones biomédicas y las cirugías mínimamente invasivas del futuro.

Stuttgart - Los científicos del Laboratorio de Micro Nano y Sistemas Moleculares y del Departamento de Sistemas Magnéticos Modernos del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes (MPI-IS) han logrado desarrollar nanomagnetos magnéticos duros que algún día podrían permitir nuevos procedimientos en medicina y dispositivos más pequeños en cirugías mínimamente invasivas. Utilizando una aleación de hierro y platino, los investigadores fabricaron nanopropulsores con forma de taladro del tamaño de una bacteria. En colaboración con científicos del Instituto Francis Crick, un centro de investigación biomédica de Londres, y el Instituto Max Planck de Investigación Médica de Heidelberg, los investigadores demostraron que las nanopropulsoras magnéticas son totalmente biocompatibles, es decir, no tienen efectos adversos en las células, y pueden aportar material genético.

"La fantástica idea de que las nanopropulsoras dirigidas magnéticamente podrían algún día permitir la precisa orientación y entrega de genes o drogas, tiene un gran potencial en la medicina. Sólo hemos dado un pequeño paso para su realización", dice Peer Fischer, que dirige el Laboratorio de Sistemas Micro Nano y Moleculares y es pionero en el campo de la investigación de las nanopropulsores.

Los principales desafíos para el uso de nanopartículas magnéticas en biomedicina son que algunos materiales magnéticos de uso común presentan una toxicidad inaceptablemente alta (níquel, cobalto), otros son difíciles de fabricar (ferrita de zinc), presentan una baja estabilidad química (corroídos de hierro) o tienen momentos magnéticos muy débiles (óxidos de hierro). Además, los superimanes de neodimio-hierro-boro (NdFeB), comercialmente populares, no pueden fabricarse o utilizarse a muy pequeña escala hasta el momento. Por lo tanto, encontrar un material perfecto para esta aplicación es muy difícil.

El equipo del Laboratorio de Micro Nano y Sistemas Moleculares superó estas restricciones fabricando un nuevo tipo de nanopropulsor magnético. Los científicos de Stuttgart lograron hacer crecer nanoestructuras con propiedades magnéticas que superan a los microimanes más fuertes conocidos (NdFeB), pero que son químicamente estables y biocompatibles. Estos nuevos nanopropulsores están basados en la aleación de hierro y platino "L10", y son muy prometedores porque combinan todo lo que las aplicaciones del mundo real requerirían para la orientación magnética.

Estas excelentes propiedades magnéticas de los materiales de hierro y platino fueron alcanzadas anteriormente por el Departamento de Sistemas Magnéticos Modernos del MPI-IS, dirigido por Gisela Schütz. "Logramos producir nanomagnetos de FePt que son aproximadamente un 50% más fuertes que los mejores compuestos de neodimio del mundo", dice Schütz. En colaboración con el Laboratorio de Micro Nano y Sistemas Moleculares, desarrollaron un método de fabricación de nanopropulsores de FePt utilizando el método especializado de nanofabricación de alto vacío "Deposición de ángulo oblicuo" (GLAD) seguido de un paso de recocido a cerca de 700 grados. Al igual que en proyectos anteriores, GLAD permitió la fabricación simultánea de miles de millones de nanorobots en sólo unas pocas horas, lo que hace que sea un proceso fácilmente escalable.

Con el apoyo de los biólogos Maximiliano Gutiérrez y Claudio Bussi del Instituto Francis Crick y del bioingeniero Andrew Holle del Instituto Max Planck de Investigación Médica, el equipo demostró entonces que las hélices no tóxicas permiten la entrega activa de genes. Cubrieron las hélices con un código de ADN para la proteína verde fluorescente. Las hélices transportaron el ADN dentro de las células de carcinoma de pulmón, que entonces empezaron a emitir luz verde. Los investigadores fueron capaces de dirigir con precisión las hélices a través del medio celular que rodeaba las células. Debido a las propiedades magnéticas duras, que rivalizan con las de los fuertes microimanes de NdFeB, las hélices son las más rápidas jamás creadas en el Laboratorio de Micro Nano y Sistemas Moleculares y alcanzan velocidades de 13 longitudes de hélice por segundo.

Vincent Kadiri es el primer autor del proyecto de investigación altamente interdisciplinario "Micro y nanodispositivos magnéticos biocompatibles": Fabricación de nanopropulsores de FePt y transfección celular", que se publicó en Advanced Materials el 6 de mayo de 2020. Espera que el hierro-platino también se adopte en la fabricación de otros micro y nanodispositivos. "Estoy muy contento de que hayamos logrado construir nanopropulsores biocompatibles de FePt que superan lo que se ha utilizado hasta ahora en el campo. Será emocionante ver las nuevas aplicaciones que esto permitirá". El FePt muestra un gran potencial para su uso en micro robótica y una diversa gama de aplicaciones biomédicas. Maximiliano Gutiérrez, que estudia el peligroso patógeno de la tuberculosis, añade: "Los nanopropulsores biocompatibles podrían representar una estrategia muy inteligente para suministrar antibióticos y abordar el problema de la resistencia antimicrobiana".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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