Skip to main content
European Commission logo

La nanotecnología de los péptidos abre el camino a la electrónica orgánica

Los materiales utilizados en implantes médicos como marcapasos y bombas de insulina pueden ser peligrosos para el cuerpo. El proyecto BISON, financiado con fondos europeos, busca una alternativa en componentes básicos de péptidos autoensamblados. Esta electrónica biológica ofrece a los ciudadanos implantes más seguros que podrían ser alimentados por el propio cuerpo.

© utah51 #365765671, source: stock.adobe.com 2021

PDF Basket

No article selected

Los péptidos son los fragmentos más pequeños de las proteínas, compuestos por unos pocos módulos de aminoácidos. Al igual que las propias proteínas, han desarrollado funciones especializadas, como actividades antimicrobianas, hormonales y de señalización.

El proyecto BISON, financiado con fondos europeos y apoyado por el Consejo Europeo de Investigación, ha explorado la disposición mínima de péptidos autoorganizados capaz de mostrar propiedades físicas de interés para diversas aplicaciones funcionales, incluida la electrónica de base biológica.

«Nuestros ensamblajes bien ordenados, estables a altas temperaturas, nos acercan a la era de la electrónica orgánica. Nuestros resultados contribuyen a moldear este campo incipiente», afirma el coordinador del proyecto, Ehud Gazit, de la Universidad de Tel Aviv, entidad anfitriona.

Explorar las características de los péptidos

El equipo de BISON se centró en los ensamblajes de péptidos compuestos por solo dos o tres aminoácidos y utilizó la cristalografía de rayos X para caracterizar el proceso de autoensamblaje de los péptidos. Además, se utilizó una plataforma de microfluidos para demostrar, por primera vez, la expansión y contracción de las nanoestructuras peptídicas y visibilizar sus cambios físicos.

El equipo también ha utilizado microscopía electrónica, microscopía de fuerza atómica, espectrometría y espectroscopia —complementadas con técnicas computacionales— para estudiar el autoensamblaje de los componentes básicos de los péptidos en tiempo real.

Así se alcanzaron una serie de descubrimientos innovadores, como el mayor rendimiento cuántico (eficiencia de la emisión de luz) registrado hasta la fecha para ensamblajes de péptidos. El equipo se inspiró en ello para desarrollar unas antenas microesféricas capaces de absorber la luz solar para efectuar una fotosíntesis artificial, demostrando así el potencial de la nanotecnología peptídica para obtener y almacenar energía.  

En el campo médico, se ha descubierto un nuevo tripéptido que se comporta como el colágeno. «Resulta ilógico, porque todos los demás péptidos formaban ensamblajes apilados en forma de lámina», explica Gazit. «Aceptamos la sorpresa y diseñamos el péptido para crear ensamblajes rígidos con altas propiedades piezoeléctricas».

Esta piezoelectricidad —la conversión de energía mecánica en corriente eléctrica— es muy prometedora. Como la mayoría de los materiales piezoeléctricos contienen plomo, son tóxicos para el cuerpo humano y no pueden utilizarse en dispositivos biomédicos implantados. Los ensamblajes peptídicos de BISON podrían convertir la energía mecánica del movimiento corporal en energía eléctrica para alimentar con seguridad dispositivos médicos tales como marcapasos, bombas de insulina y válvulas artificiales.

También se identificaron ensamblajes pertinentes para hidrogeles conductores, lo que dio lugar al diseño de un dipéptido con la concentración crítica de gelificación más baja (la concentración mínima con la que una sustancia disuelta puede generar un gel) notificada. En el caso de BISON, era 3 500 veces inferior a la gelatina, con un 0,002 % en peso. Este resultado abre la puerta a aplicaciones de regeneración e ingeniería de tejidos.

Descubrir que los ensamblajes peptídicos se mantenían estables a temperaturas superiores a los 400 °C fue crucial para todas las aplicaciones. «Siempre se supone que los materiales bioinspirados son intrínsecamente inestables, pero nuestros ensamblajes podrían resultar incluso más estables que los inorgánicos», añade Gazit.

La capacidad de crear una variedad de disposiciones estructurales también es clave para futuras aplicaciones. Para ello, el equipo ha diseñado un componente básico de tripéptidos que podría formar nanohilos, nanofibras y nanoesferas.

Hacia unos biocomponentes básicos aún más pequeños

En la mayoría de los productos que desarrolla la industria optoelectrónica se utilizan materiales metálicos perjudiciales para el planeta, cuya fabricación y extracción contaminan y cuyos residuos no son degradables. El trabajo continuo de BISON ofrece alternativas respetuosas con el medio ambiente que contribuyen a una economía más ecológica.

Para seguir desarrollando estas prometedoras aplicaciones biológicas, el equipo ya ha recibido fondos europeos para dos proyectos de prueba de concepto de seguimiento: PiezoGel, para mejorar los cultivos celulares en 3D, especialmente para la regeneración de tejidos, y PepZoSkin, para explorar la creación de piel electrónica.

«El siguiente paso es aplicar nuestros conocimientos a la nanotecnología de metabolitos, trabajar con moléculas bioorgánicas aún más pequeñas, como aminoácidos, vitaminas y nucleobases, y combinar el poder de las nanotecnologías de péptidos y de ADN para desarrollar la tecnología de los ácidos nucleicos peptídicos (ANP)», señala Gazit.

El equipo se ha asociado con la Universidad Johannes Kepler de Linz (Austria) y el Instituto Tecnológico Technion de Israel para impulsar la comercialización de esta tecnología.

PDF Basket

No article selected

Datos del proyecto

Acrónimo del proyecto
Bison
Número del proyecto
694426
Quién coordina el proyecto
Israel
Quién participa en el proyecto:
Israel
Coste total
€ 3 003 125
Contribución de la UE
€ 3 003 125
Duración
-

All success stories