Nou prototip de micronedadors artificials amb aplicacions en biotecnologia

Els nedadors artificials són dispositius a escala micromètrica que poden navegar per canals biològics i artificials estrets. «El concepte teòric és simple tot i que a primera vista pot semblar més complex», comenta el professor Pietro Tierno. «Hi ha molts treballs teòrics sobre aquest tema, però el que no és tan senzill és arribar a escales tan petites amb models experimentals. Amb aquest nou prototip de microswimmer, hem fet un pas endavant en la recerca aplicada en aquesta àrea de la ciència».  

El primer model experimental de nedador artificial el va presentar l'equip de Rémi Dreyfus (Nature, 2005) i es basava en cadenes de partícules associades a molècules de DNA lligades a cèl·lules sanguínies. Ara, la recerca dirigida per Pietro Tierno millora resultats i presenta uns petits nedadors artificials formats per cadenes curtes de DNA (25 parells de bases) associades a rotors paramagnètics (col·loides). Un camp magnètic indueix un moviment de precessió horitzontal en els col·loides situats a prop d'una paret i facilita el desplaçament del sistema en trajectòria rectilínia (amb velocitat màxima de 10 µm/s en nedadors simètrics i 3,2 en els asimètrics). «Es tracta d'un model general i senzill   continua que pot aplicar-se en altres estructures.»

A escala del que és petit, convé trobar solucions simples per a problemes complexos. En el món a microescala dels petits nedadors, els efectes de la inèrcia són menyspreables i el problema és l'alta viscositat dels fluids. Quines propietats bàsiques han de tenir els micronedadors artificials en aquest microambient? Primer, cal que siguin estables i que es desplacin eficientment, i segon, han de ser fàcilment dirigibles des de l'exterior (amb camps elèctrics, magnètics, etc.) per poder-ne controlar amb precisió la velocitat, la direcció i el sentit del moviment.

Mantenir un camp magnètic estable, obtenir dissenys senzills de col·loides que s'uneixin al DNA i comprendre la mecànica del moviment del sistema són alguns dels reptes principals de la recerca. El nou prototip, en procés de tràmit de patent al Centre de Patents UB, permet un control més gran en relació amb models anteriors. «Si mantinguéssim el camp magnètic, el moviment d'aquests nedadors podria ser permanent, mai no s'aturaria. Aquests nedadors, a més, necessiten una superfície per desplaçar-se; sense això no podrien moure's. Això és important, i amb altres nedadors no havia estat demostrat», afegeix el professor Tierno.

Alguns científics s'han inspirat en el món dels microorganismes per imitar el disseny d'estructures biològiques relacionades amb el moviment (flagels en bacteris, etc.). Però els models naturals no sempre són una bona solució en aquest camp de la ciència. Per al professor Pietro Tierno, «la natura té solucions més innovadores però inspirar-s'hi és sovint més complicat. El científic ha de comprendre la natura i després podrà inspirar-s'hi per reproduir-la. En el nostre cas és difícil trobar bacteris amb un model de desplaçament similar al dels nostres swimmers».

Les fronteres de la miniaturització s'amplien i obren noves perspectives en recerca bàsica i aplicada. «Els micronedadors podrien aplicar-se en nanomedicina, biotecnologia, química analítica, microfluïdesa, etc. La idea és, per exemple, usar aquests petits missatgers com a transportadors de fàrmacs: és molt fàcil modificar la superfície química d'aquestes partícules i dirigir-les mitjançant camps magnètics fins que contactin amb cèl·lules o estructures diana. Així pot dissenyar-se una nova generació de transportadors (carriers) amb una gran capacitat de seleccionar l'objectiu biològic», clou Pietro Tierno.