NANOMATERIALES Y NANOROBOTS NATURALES

NANOMATERIALES Y NANOROBOTS NATURALES

Los nanomateriales se plantan en la sala de máquinas de la vida. Las moléculas de la vida juegan en la liga nano. Si entendemos las reglas de la nanobiología, podremos diseñar nanomateriales seguros [1].
26 Octubre 2016

Figura 1. Proteina transportadora (Kinesina)

La escala métrica nos sirve tanto para medir el tamaño de una hormiga, en milímetros (10-3m), como la distancia entre Barcelona y Bogotá, en quilómetros (103m). Un nanómetro (10-9m) es una millonésima de milímetro o lo que es lo mismo, una mil millonésima de metro. Las  moléculas de la vida se miden en nanómetros. El ADN mide 2 nm de ancho, una molécula de glucosa 1nm, un anticuerpo 10 nm, la molécula de hemoglobina tiene unos 5 nm de diámetro, y un glóbulo rojo entre 5000 nm y 7500 nm. Luego el tamaño relativo de la hemoglobina respecto al glóbulo rojo, sería aproximadamente el de un monovolumen de unos 5 metros de largo en un espacio de 5 Km. El partido de la vida se juega en la escala nanométrica. 

Los procesos fundamentales como el uso del oxígeno que respiramos, el de los nutrientes digeridos en el estómago o la síntesis de proteínas, tienen lugar a nivel celular y son realizados por máquinas moleculares (proteínas, enzimas, etc.) que bien podríamos asimilar a nanorobots naturales. La vida pues es nano. Un ejemplo de estos nanorobots lo tendríamos en la kinesina (Figura 1), una proteina que transporta materiales de un lugar a otro de la célula desplazándose por una red de vías formadas por microtúbulos. Aunque aparentemente sencilla, una proteina transportadora recorre en una hora un espacio equivalente a cien mil veces (105) su longitud, mientras que un camión de 10 m de longitud que se mueva a unos 100 Km/h, esto es 100.000 m/h, sólo recorre diez mil veces (104) su longitud, así que, literalmente nuestra proteína va como una moto.  

Intuitivamente podemos entender que no es una buena idea interferir en los procesos celulares de transporte de sustancias necesarias de un lugar de la célula a otro, ni bloquear el generador de energía, esto es el complejo mitocondrial donde se fabrica la molécula energética ATP, o alterar las condiciones de entorno operativo de los ribosomas que son la factoría celular de producción de proteínas. 

Efectivamente, si alteramos estos nanorobots o las condiciones del medio en que trabajan, obtenemos como resultado disfunciones que pueden conducir a enfermedades serias. No es de extrañar pues, que haya mucho empeño en estudiar su funcionamiento como paso indispensable a poder repararlos en caso que se estropeen. De hecho en numerosas ocasiones los Nobel han premiado el trabajo de científicos por el avance en la comprensión de estos nanorobots naturales, como por ejemplo el funcionamiento de la ATP sintasa, la enzima responsable de fabricar la molécula ATP (Adenosintrifosfato) que es el combustible celular. La ATP sintasa es un auténtico motor, vean si no:

Mecanismo de acción de la ATP sintasa. John Walker compartió el premio Nobel de química de 1997 con Paul D. Boyer  por "la elucidación del mecanismo enzimático en el que se basa la síntesis de adenosin trifosfato (ATP)"

¿Pero qué tiene que ver todo esto con los nanomateriales?. Pues que al estar en la misma escala de tamaño que los motores moleculares celulares, la presencia de nanomateriales en el medio celular podría alterara las condiciones en las que se producen procesos vitales. Los robots naturales son nano por definición y desempeñan funciones -como el control de la información, la fabricación de las máquinas celulares (enzimas, proteínas transportadoras, etc)- bajo determinadas condiciones y dentro de un rango de tolerancia. Fuera de él, dichas funciones pueden alterarse y como consecuencia pueden desarrollarse enfermedades.

En el Alzheimer por ejemplo, la proteina TAU de los microtúbulos no funciona adecuadamente. El cianuro, por poner otro ejemplo es tan fulminante porque actúa "boicoteando" el complejo celular donde se produce el ATP, impidiendo la actividad de la ATP sintasa. Y de la toxicidad de algunos nanomateriales ¿qué sabemos? A día de hoy disponemos de evidencia científica sobre la citotoxicidad, genotoxicidad, inducción de procesos inflamatorios, generación de estrés oxidativo, etc. de determinados nanomateriales. Y todas estas alteraciones no son nuevas ni específicas de nanomateriales, sino que están en el origen de muchas enfermedades. 

Más concretamente, ¿disponemos de evidencia y conocimiento sobre las consecuencias para la salud y el mecanismo de actuación de algún nanomaterial en concreto? La respuesta es sí y mucha [2]. Por ejemplo: la formación de trombos por nanotubos de carbono debido a la activación del mecanismo de agregación plaquetaria. Pero esto lo explicaré en el próximo post. De momento el mensaje es que la naturaleza del riesgo nano reside en que los nanomateriales se plantan en la sala de máquinas de la vida. Poca broma, principalmente porque los nanomateriales se están utilizando en todos los sectores y consecuentemente la población laboral es la que, en primera instancia, está potencialmente expuesta al riesgo nano. 

Les dejo con una belleza donde podrán observar varios ejemplos de nanorobots naturales en el interior de la célula. Que disfruten.

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[1] La frase “If you understand the rules of nanobiology, you can design safer nanomaterials.” (Si comprendemos las reglas de la nanobiología, podemos diseñar nanomateriales más seguros) es de PHILIP DEMOKRITOU director del Harvard-NIEHS Nanosafety Research Center at Harvard T.H. Chan School of Public Health https://www.hsph.harvard.edu/news/features/new-center-safety-engineered-...

[2] El impacto de la nanotecnología en la seguridad y salud laboral (Galera, 2015), ORPJournal, nº2

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