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(noticias nanowerk) Un experimento dirigido por un equipo de científicos de DESY y la Universidad de Hamburgo descubrió que las nanopartículas de oro pueden moverse a través de materia biológica líquida más rápido de lo esperado cuando están recubiertas con el polímero polietilenglicol (PEG). Los datos del equipo, obtenidos mediante espectroscopía de correlación de fotones de rayos X, revelan tanto la estructura como la dinámica de las nanopartículas en varios fluidos biológicos con alta resolución temporal.
La investigación fue publicada en la revista. Agregar (“La dinámica de las nanopartículas recubiertas con PEG en soluciones proteicas concentradas hasta el rango de apiñamiento molecular”).
![Para ilustrar el tipo de entornos en los que se pueden utilizar las nanopartículas de oro, las nanopartículas se acercan a regiones densamente empaquetadas de proteínas.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64350_1.jpg)
En el campo cada vez más amplio de la nanomedicina, las nanopartículas de oro se han convertido en una herramienta prometedora. Las nanopartículas son pequeños cristales de oro rodeados por moléculas orgánicas llamadas ligandos. El recubrimiento de nanopartículas de oro con estos ligandos se puede controlar con precisión. Además, el oro no es tóxico y las nanopartículas de oro tienen propiedades físicas útiles, como una fuerte absorción y dispersión de la luz visible y los rayos X. Esto hace que las nanopartículas de oro sean muy útiles para aplicaciones médicas. Encontraron un uso generalizado durante la pandemia de COVID-19 como componente principal de los cartuchos de autoprueba utilizados en todo el mundo. Además, tienen un alto potencial para la administración selectiva de fármacos, como agentes de contraste para tomografías computarizadas y para terapias hipertérmicas, entre otras cosas. Como posible tratamiento contra el cáncer, por ejemplo, se pueden inyectar en el sitio del tumor y luego sobrecalentarlos con un láser para matar las células cancerosas desde adentro.
Muchas nanopartículas aprobadas para aplicaciones médicas, incluidas las nanopartículas lipídicas utilizadas para la mayoría de las vacunas contra la COVID, están recubiertas con PEG para mejorar su estabilidad, solubilidad y distribución en el cuerpo. Por tanto, es de suma importancia comprender cómo este polímero influye en la dinámica de las partículas en los fluidos biológicos. Debido a su pequeño tamaño, las nanopartículas pueden incluso penetrar en las células diana, generalmente cuando están rodeadas por un grupo de proteínas que están presentes en altas concentraciones en la sangre y en densidades aún mayores dentro de las células. La acumulación de proteínas no sólo cambia las propiedades de las nanopartículas, lo que significa que es posible que ya no alcancen su objetivo, sino que también puede desencadenar una respuesta inmune indeseable. Los recubrimientos de PEG pueden reducir en gran medida esta adsorción de proteínas no deseada, y los científicos a menudo hablan de un efecto «sigilo» causado por el recubrimiento de PEG.
En su estudio, el equipo utilizó nanopartículas de oro con recubrimientos de PEG personalizados y examinó su dinámica en presencia de diferentes concentraciones de proteínas. Esto les permitió imitar los diferentes entornos que encuentran las nanopartículas en el cuerpo: desde el torrente sanguíneo hasta el interior de las células con concentraciones de proteínas extremadamente altas.
«Cuantas más moléculas se introducen en el líquido, más denso molecular es y más se acerca el llamado apiñamiento de proteínas, es decir, lo que sucede en el cuerpo», afirma Felix Lehmkuehler, científico de DESY y codirector de la investigación. . Clay Cooler compara el hacinamiento de proteínas con una gran fiesta en una habitación pequeña: todos los asistentes a la fiesta están muy juntos y alguien, en este caso la nanopartícula de oro, que quiere pasar tiene que cambiar constantemente de dirección o es detenido por uno de los asistentes en la forma.
“Experimentos anteriores han demostrado repetidamente que este proceso de adsorción de proteínas es un efecto común. «Queríamos llevar nuestro experimento al límite de lo posible, a una alta concentración de proteínas que se parezca a la vida real, y probar los efectos de una cubierta de PEG», dice Florian Schulz, investigador postdoctoral de la Universidad de Hamburgo, que realizó Dirigió el experimento junto con Lehmkuller. «Hubiéramos esperado que las nanopartículas se desaceleraran una vez que ingresaran a ambientes ricos en proteínas».
Sin embargo, el equipo encontró algo completamente diferente en sus resultados. «Cuando nos encontramos en esta situación de aglomeración de proteínas, descubrimos que la partícula se mueve más rápido de lo esperado», dice Lehmkuehler. Parece que la nanopartícula de la analogía anterior penetró rápidamente en el partido. El equipo utilizó espectroscopía de correlación de fotones de rayos X para controlar la difusión de las nanopartículas. No observaron signos de adsorción de proteínas en las nanopartículas durante su movimiento, lo que confirma el beneficioso efecto «sigilo» de los recubrimientos de PEG.
En entornos proteicos muy densamente poblados, similares a las células, las nanopartículas se difunden mucho más rápido de lo que permite la viscosidad teóricamente predicha. Aún más intrigante, el equipo descubrió que las viscosidades de las soluciones biológicas ricas en proteínas eran exactamente las esperadas cuando se midieron utilizando métodos clásicos. Esto significa que la viscosidad local de la nanopartícula es muy diferente de la viscosidad del material biológico en su conjunto; es decir, la nanopartícula tiene una fuerte influencia en su entorno que permite este rápido movimiento. Este es un hallazgo extremadamente importante para comprender la dinámica de las nanopartículas en sistemas biológicos, lo cual es crucial para su aplicación segura y exitosa.
«Los cambios de viscosidad a nanoescala fueron una sorpresa», dice Schulz. “Esta es la primera vez que se observa este fenómeno. Tuvimos que comprobar esto una y otra vez para asegurarnos de que este efecto fuera real. Este es un resultado realmente importante porque nos muestra que estas nanopartículas se difunden muy rápidamente porque influyen fuertemente en su entorno local”.
«Este estudio destaca la importancia de estas mediciones exhaustivas de la estructura y la dinámica para nuestra comprensión de los sistemas complejos», afirma Ferdinand Otto, primer autor de la publicación, «y la espectroscopia de correlación de fotones de rayos X es un método excelente que es exactamente el adecuado». Lo que hay que hacer.» La investigación comienza en este contexto.»
El experimento se llevó a cabo en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF) en Grenoble, Francia. Sin embargo, este tipo de investigación se beneficiará enormemente de la fuente de luz PETRA IV prevista en DESY. La técnica utilizada en esta investigación, la espectroscopia de correlación de fotones de rayos X, será la que más se beneficie de la modernización de la instalación, ya que la brillantez de PETRA IV permitirá ampliar la escala de tiempo accesible a nanosegundos, o una milmillonésima parte de un segundo.
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