La jerarquización es un método de organización característico de los animales sociales. No obstante, a nivel microscópico también es posible observar este comportamiento, por ejemplo, en sistemas cuyas moléculas se “comunican” de algún modo, es decir, establecen interacciones débiles entre ellas para transmitir información estructural. Los investigadores del CiQUS han desarrollado un sistema jerárquico a partir de un tipo específico de péptidos (cadenas de aminoácidos), que en las condiciones apropiadas se asocian y dan lugar a estructuras esféricas, de aspecto muy similar a los pompones utilizados en algunas prendas de vestir.
En esta investigación se han diseñado unos péptidos cíclicos, que tienen forma de anillo y se agrupan formando parejas (dímeros) como un primer paso del proceso jerárquico del auto-ensamblaje molecular. A continuación estos dímeros se apilan entre sí, formando estructuras con forma de tubos que, a su vez, se auto-organizan adoptando una forma esférica, a modo de los “pompones moleculares”. El tamaño y la forma de estas estructuras se puede controlar en función de la temperatura, el disolvente utilizado y la concentración de los péptidos que las forman.
Además, estos pompones son porosos, por lo que dejan orificios en los que los investigadores han logrado introducir (encajar, enlatar, atrapar) otras moléculas, como algunos colorantes, que permitieron seguir el proceso de encapsulación y liberación de dichas moléculas. Otro aspecto relevante es que una vez formadas estas estructuras, su superficie externa puede ser modificada mediante la adición de iones metálicos. Las características superficiales de los pompones facilitan que estos iones se adhieran a ellos, por lo que es posible metalizar su superficie.
En consecuencia, se prevé el desarrollo de nuevas aplicaciones basadas en estos novedosos materiales, y en los que, gracias al preciso control molecular, sea posible no solo modificar su forma y tamaño sino también sus propiedades interiores y exteriores. Todas estas propiedades, unidas al hecho de que las estructuras estén formadas por péptidos, presentan múltiples ventajas que podrían ser útiles en numerosas aplicaciones, entre otras, la búsqueda de una nueva tecnología para el transporte y liberación de diferentes tipos de moléculas, como los fármacos.
El trabajo, desarrollado por la doctora Michele Panciera y dirigido por los investigadores del CiQUS Dr. Manuel Amorín y Prof. Juan R. Granja, ha sido publicado recientemente en la prestigiosa revista Chemistry European Journal (Molecular Pom Poms from Self-Assembling α,γ-Cyclic Peptides, Chem. Eur. J., 2014, DOI: 10.1002/chem.201403319).
Nota técnica
Se ha demostrado que los α,γ-péptidos cíclicos que llevan un ácido nicotínico unido a una serina a través de sus cadena laterales forman dímeros que se auto-organizan en un proceso jerárquico para formar estructuras moleculares con forma de pompones.
Estas estructuras esféricas son materiales porosos que encapsulan y posteriormente liberan moléculas pequeñas.El proceso de encapsulación fue seguido mediante la incorporación de colorantes fluorescentes y se demostró que la formación de pompones también tiene lugar en la presencia de colorantes sin alterar el proceso jerárquico. Además, la presencia del resto de piridina, posiblemente orientados hacia el exterior de los pompones, permite la interacción con iones metálicos, facilitando el revestimiento metálico de la superficie de la esfera.
Este material podría tener aplicaciones biomédicas aunque son necesarios más estudios para entender y aprovechar las propiedades de estos materiales.
Figura: Imagen de microscopía (SEM) de los pompones moleculares (CiQUS).