[ad_1]
Los materiales receptivos responden a estímulos externos, incluidos la temperatura, el campo magnético y la luz, y desempeñan un papel notable en aplicaciones sensoriales, biológicas y de materiales. Un artículo publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense presentó un nuevo estímulo endógeno, el hacinamiento de macromoléculas, para nanomateriales sensibles.
![El hacinamiento macromolecular como estímulo intracelular para nanomateriales sensibles](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_39676_16631606184886756.jpg)
Estudio: Hacinamiento macromolecular como estímulo intracelular para nanomateriales sensibles. Crédito: Fan de Vink/Shutterstock.com
El desplazamiento de macromoléculas se realizó aprovechando los cambios en las propiedades de respuesta térmica del polímero en presencia de una alta concentración de desplazadores. En este documento, se prepararon anfífilos de poli(2-oxazolina) que exhibían temperaturas de solución crítica del suero (LCST) más bajas por encima de la temperatura fisiológica.
Los polímeros anfífilos estabilizaron las nanoemulsiones de aceite en agua a temperaturas por debajo de la LCST y condujeron a la fusión de la emulsión a temperaturas por encima de la LCST. Sin embargo, las transformaciones a temperaturas más altas que LCST también podrían inducirse a temperaturas fisiológicas mediante la adición de polímeros y proteínas, lo que hace que los materiales termosensibles respondan densamente.
Además, la inyección de nanoemulsiones en un embrión de pez cebra demostró que el citosol podría servir como estímulo para la fusión de las gotas. Por lo tanto, este experimento sugirió que la concentración de macromoléculas, en lugar de los cambios de temperatura, podría servir como estímulo para los materiales termosensibles.
Materiales sensibles y apiñamiento macromolecular
Los estudios integrados de química de materiales y biomedicina han llevado al desarrollo de muchos materiales «inteligentes» de próxima generación a los que se les ha dado la funcionalidad de ser altamente sensibles al entorno externo en la célula/tejido objetivo.
Los investigadores han invertido un esfuerzo considerable en el desarrollo de nanomateriales sensibles al estímulo con el fin de desarrollar vehículos de diagnóstico o administración de fármacos eficaces basados en nanomateriales sensibles. Dentro de un sistema biológico, los nanomateriales sensibles utilizan una variedad de estímulos endógenos o exógenos para provocar respuestas que pueden facilitar la administración de fármacos dirigidos.
El desplazamiento macromolecular es un fenómeno que implica transformaciones para dar cabida a los desplazamientos circundantes. En la práctica de laboratorio, tal aglomeración macromolecular se suele imitar mediante el uso de soluciones concentradas de diferentes polímeros, que sirven como reactivos de aglomeración modelo.
El hacinamiento macromolecular es un efecto importante en bioquímica y biología celular. El fenómeno del hacinamiento macromolecular cambia las propiedades de las moléculas en una solución cuando hay altas concentraciones de macromoléculas como las proteínas.
Los polímeros colapsan al calentarse y tienen una LCST por debajo de la cual el polímero se hidrata, se expande y se vuelve soluble en agua. Por otro lado, por encima de la LCST, el polímero asume un estado esférico insoluble. Por ejemplo, las transiciones LCST se han utilizado para generar nanopartículas, micelas termosensibles, hidrogeles, películas, polimerosomas y emulsiones de Pickering.
Los materiales reactivos que son sensibles a la temperatura utilizan el conocido polímero poli(norte-isopropilacrilamida) (PNIPAM), con LCST a unos 32 grados centígrados. Además, los factores ambientales que incluyen la concentración, el pH, el solvente y la fuerza iónica a menudo afectan las LCST de los materiales sensibles.
Nanoemulsiones para el apiñamiento macromolecular en nanomateriales reactivos
El presente trabajo se basó en la hipótesis de que la alta concentración de biomacromoléculas tras la internalización celular podría desencadenar un cambio en las propiedades de los materiales reactivos basados en polímeros termosensibles.
En este caso, las nanoemulsiones se utilizaron para demostrar el apiñamiento macromolecular como estímulo mediante el uso de tensioactivos termosensibles como estabilizadores. En primer lugar, las nanoemulsiones se diseñaron y evaluaron por su estabilidad, que reveló su fusión al calentarlas sobre LCST debido a la disminución de la hidrofilicidad del polímero, lo que resultó en anfífilos deficientes y pérdida de protección estérica.
Además, la realización de una serie de experimentos de calentamiento en polímeros confirmó que la fusión de la emulsión observada se debía a la reducción inducida por el desplazamiento macromolecular en LCST y no a las interacciones entálpicas entre el desplazamiento y los efectos de la nanoemulsión o la viscosidad. También se ha demostrado que las mismas transformaciones pueden ser inducidas por proteínas, crowders sintéticos y células a temperaturas por debajo de la LCST.
Además, los estudios realizados en embriones de pez cebra sugieren que el entorno heterogéneo abarrotado de la célula puede inducir un cambio significativo en la LCST en los materiales termosensibles, lo que lleva al hacinamiento de proteínas intracelulares como estímulo para los nanomateriales sensibles.
Conclusión
En resumen, el presente trabajo es el primer informe que demuestra el uso de macromoléculas
El hacinamiento como estímulo endógeno para nanomateriales sensibles. Los LCST de los anfífilos de poli(2-oxazolina) sintetizados fueron ajustables y estabilizaron las nanoemulsiones de aceite en agua.
La sensibilidad de los nanomateriales sensibles al amontonamiento molecular se evaluó utilizando proteínas modelo y aglomeradores sintéticos, que se correlacionaron con las concentraciones de superposición de macromoléculas. Esta correlación sugirió los efectos de volumen excluido impulsados entrópicamente.
Los estudios para caracterizar el origen de la fusión de nanoemulsión observada, que se esperaba que estuvieran influenciados por los efectos clásicos de agotamiento o la adsorción de proteínas, se sugirieron como alcance para el futuro.
El presente trabajo demostró la aplicación del hacinamiento molecular a nanomateriales receptivos al adaptarlos para que se desestabilicen en concentraciones intracelulares («ventana receptiva») pero estables en concentraciones de proteínas extracelulares («ventana estable»). Finalmente, se demostró la fusión irreversible de emulsiones de aceite en agua en pez cebra en presencia de lisado celular.
Relación
Estabrook, DA y otros. (2022) El hacinamiento macromolecular como estímulo intracelular para nanomateriales receptivos. Revista de la Sociedad Química Estadounidense. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c03064
[ad_2]