NUEVOS NANOSENSORES ACELERAN EL DESARROLLO DE FÁRMACOS

Se trata de microchips que evalúan la eficacia y los efectos secundarios de los medicamentos.

Un grupo de ingenieros y científicos de la Stanford University de California ha desarrollado nanosensores capaces de medir la efectividad de los fármacos y sus posibles efectos secundarios sobre el organismo humano, por lo que podrían acelerar el proceso de creación de medicamentos para distintas patologías. Los microchips pueden determinar, por ejemplo, la forma en la cual las proteínas se unen entre sí
Un microchip con una serie de 64 nanosensores. Imagen: Stanford University.
Nanosensores desarrollados por especialistas de la Stanford University de California, en Estados Unidos, pueden determinar la eficacia de un fármaco y sus efectos secundarios, agilizando así el diseño de nuevos medicamentos. Se emplean microchips que pueden precisar las características de las uniones entre proteínas, por ejemplo, entre otros procesos de importancia.
A través de una matriz de un centímetro de tamaño, los nuevos nanosensores pueden realizar un seguimiento continuo de las uniones de proteínas, alcanzando a evaluar miles de eventos más con respecto a cualquier otro biosensor existente en la actualidad. Asimismo, los nuevos nanosensores son capaces de detectar interacciones con mayor sensibilidad.
Por otro lado, entregan los resultados significativamente más rápido que los actuales sistemas. El avance ha sido difundido a través de una nota de prensa emitida por la Universidad de Stanford , y por un informe elaborado por los responsables de la investigación y disponible en el medio especializado Nature Nanotechnology.
Según Shan Wang, profesor de ciencia de los materiales e ingeniería en Stanford, los nuevos microchips pueden almacenar información de decenas de miles de proteínas de interés por cada unidad, permitiendo desarrollar los análisis y experimentos de unión de proteínas con suma rapidez.
Otro de los especialistas que participó de la investigación, Richard Gaster, explicó que en teoría estos nanosensores podrían comprobar la afinidad de un fármaco para cada proteína en el cuerpo humano. De esta manera, el camino que se abre en la investigación farmacológica a partir de este desarrollo podría ser muy alentador.
Una gran ventaja de este sistema de nanosensores es un modelo de análisis desarrollado por los ingenieros e investigadores que les permite predecir con exactitud el resultado final de una gran cantidad de interacciones entre proteínas, en sólo unos minutos. Las técnicas actuales suelen controlar no más de cuatro interacciones simultáneas, en procesos que pueden tardar horas.
El grupo de investigación de Shan Wang desarrolló esta tecnología de nanosensores hace varios años, demostrando su sensibilidad y efectividad en experimentos en los cuales se buscaba detectar mediante un biomarcador la proteína asociada al cáncer en la sangre de un ratón. Con esta técnica se obtuvo el éxito en una milésima parte de la concentración que las técnicas disponibles en el mercado requieren para realizar la detección.
Esta investigación anterior, resumida en un artículo de Nature Medicine en 2009, fue el antecedente principal que permitió llegar al desarrollo de los actuales nanosensores. Además de su utilidad en la industria farmacéutica y en el área de la medicina, este avance podría propiciar un fuerte crecimiento en el sector de los nanosensores de máxima potencia.
Tecnología disponible y económica
Un punto vital es que estos dispositivos se basan en el mismo tipo de sensor utilizado en discos duros de ordenador. Como los microchips utilizan la tecnología actual de la microelectrónica y los procedimientos existentes, los costes son muy bajos y permiten multiplicar rápidamente el número de nanosensores a utilizar.
Esta realidad es una de las ventajas más importantes de la investigación. Aunque durante los trabajos realizados se utilizaron un poco más de 1.000 sensores por centímetro cuadrado, los especialistas creen que se puede llegar a contar con más de 100.000 sensores por centímetro cuadrado, sin que esto requiera empujar los límites tecnológicos de la industria de la microelectrónica.
Los beneficios incluyen la posibilidad de predecir los efectos adversos de un nuevo medicamento antes de probarlo en un paciente humano. Para ello, los investigadores colocan en la matriz de los nanosensores las proteínas de una enfermedad determinada y de los órganos del cuerpo humano relacionados, para posteriormente sumar el medicamento.
De esta manera, se puede determinar con una rapidez inédita hasta el momento qué proteínas se unen con la droga y las características de esa unión. Los especialistas pueden apreciar la fuerza con la cual el fármaco se une a las células de la enfermedad, como así también a cualquier otra célula en el cuerpo humano.

EL GRAFENO ‘RESUCITA’ LA BATERÍA DE NÍQUEL-HIERRO DE EDISON

Un equipo de investigadores estadounidenses ha resucitado uno de los inventos más útiles de principios del siglo XX utilizando grafeno, uno de los materiales más prometedores para la tecnología del futuro.
A partir de la batería de níquel-hierro desarrollada por Thomas Edison, un grupo de científicos de la Universidad de Stanford (EEUU) ha creado una batería ultrarrápida que se recarga en dos minutos y se descarga en 30 segundos. Los detalles de su invento se publican esta semana en la revista ‘Nature Communications’.
La batería de níquel-hierro, patentada en 1903 y desarrollada inicialmente para alimentar vehículos eléctricos, fue muy utilizada durante décadas. Sin embargo, su uso fue decayendo en los años setenta y en la actualidad, sólo unas pocas empresas las fabrican, sobre todo, para almacenar los excedentes de electricidad generada por paneles solares y turbinas eólicas.
Hasta 1920 la batería de Edison se usó en coches eléctricos. Su gran durabilidad y fiabilidad hizo que en los años siguientes fuera muy utilizada en el transporte por ferrocarril, en la minería y en otras industrias.
Las ventajas del invento de Edison
Los investigadores han vuelto a poner sus ojos en este fantástico invento y han intentado corregir los inconvenientes que contribuyeron a que dejaran de usarse.
Según explica el profesor de química de Stanford Hongjie Dai, entre las numerosas ventajas que ofrece la batería de Edison destaca lo duradera que es. Tiene un diseño simple y es de fácil fabricación. Además, tanto el níquel como el hierro son muy abundantes, relativamente económicos y poco tóxicos si lo comparamos con otros minerales. Sin embargo, presenta algunas desventajas. Tarda varias horas en cargarse y la descarga también es muy lenta.
Por ello, los investigadores se centraron en reducir el tiempo de carga y descarga. Para lograrlo utilizaron grafeno (un material compuesto de carbono, de sólo un átomo de grosor, que conduce la electricidad mejor que ningún otro metal conocido) y nanotubos de carbono.
El diseño original de Edison estaba compuesto por dos electrodos (un cátodo formado por tubos compuestos de láminas de acero niquelado enrolladas y rellenos de hidróxido de níquel, y un ánodo compuesto por cajas de acero niquelado que contenían óxido ferroso) bañados en una solución alcalina. (El cátodo el electrodo negativo y el ánodo es el electrodo positivo.)
Nanomateriales
El carbono se ha utilizado durante mucho tiempo para mejorar la conductividad eléctrica de los electrodos y los investigadores de Stanford utilizaron esa misma idea.
Para mejorar la eficiencia de la batería de Edison, los investigadores utilizaron grafeno (compuesto de carbono). En concreto, incorporaron nanocristales de óxido de hierro en el grafeno, y nanocristales de hidróxido de níquel en los nanotubos de carbono. Gracias a esta técnica, lograron fusionar las partículas metálicas con los nanomateriales de carbono, consiguiendo una gran mejora en el rendimiento de la batería.
“El resultado es una versión ultrarrápida de la batería de níquel-hierro que se carga y descarga en segundos”, señala Dai. En concreto, tarda dos minutos en cargarse y 30 segundos en descargarse.
Coches eléctricos
De momento, el prototipo desarrollado en el laboratorio tiene una potencia de sólo un voltio. El objetivo de los investigadores es aumentarla para que pueda utilizarse en la red eléctrica o para el transporte.
La mayoría de los coches eléctricos, como Nissan Leaf y Chevy Volt, utilizan baterías de ión litio que son capaces de almacenar mucha energía pero tardan horas en cargarse. Los padres de la batería ultrarrápida de níquel-hierro ven difícil que su invento sea capaz de alimentar a un coche por sí sola, aunque podría ser un complemento de las baterías de ión litio.
Los autores destacan que su batería será particularmente útil para recargar dispositivos de forma rápida en situaciones de emergencia, por ejemplo, en el ámbito militar.

NUEVO ESTADO DE LA MATERIA EN SUPERCONDUCTORES

Hace unos 20 años que los científicos encontraron un inexplicable vacío en la estructura electrónica de ciertos supeconductores de alta temperatura. Ahora, una nueva investigación realizada por un equipo liderado por el físico Zhi-Xun Shen podría haber descubierto las razones de este misterio: la brecha podría evidenciar la existencia de un nuevo estado de la materia. El descubrimiento podría servir para conseguir materiales que presenten superconductividad a temperatura ambiente, algo que seguramente cambiaría nuestras vidas.
Es posible que uno de los misterios más antiguos que poseen los materiales superconductores haya sido resuelto. Desde hace unos 20 años que los científicos saben que, a determinadas temperaturas, los materiales superconductores presentan un vacío inexplicable en sus estructuras electrónicas. Este fenómeno podría ser explicado por la presencia de un nuevo estado -previamente desconocido- de la materia. O al menos, esta conclusión es a la que ha llegado un equipo de científicos liderado por el físico Zhi-Xun Shen, del Instituto de Stanford para la Ciencia de los materiales y energía (SIMES), que es una empresa conjunta del Departamento de energía (DOE) SLAC National Accelerator Laboratory y la Universidad de Stanford.
Zhi-Xun Shen está convencido que este trabajo proporciona la más fuerte evidencia encontrada hasta la fecha de la existencia de un nuevo estado de la materia. Además, la investigación podría brindar las claves necesarias para lograr materiales superconductores capaces de funcionar a temperatura ambiente.
Los supeconductores no presentan resistencia al paso de la energía eléctrica, permitiendo la construcción de electroimanes extremadamente potentes, como los utilizados en trenes de levitación magnética o aceleradores de partículas como el LHC. Sin embargo, estos materiales solo mantienen sus propiedades a temperaturas muy bajas, a menudo cercanas al cero absoluto. Los detalles del trabajo de Zhi-Xun Shen fueron publicados en el número 25 de marzo de la revista Science, y en él se destaca que uno de los obstáculos más importante que impiden el desarrollo de superconductores a altas temperaturas es el hecho de que aún los que poseen esa propiedad a temperaturas bastante mayores que cero absoluto deben ser refrigerados a mitad de camino a 0 grados Kelvin antes de que funcionen. Conseguir que un material presente superconductividad a temperatura ambiente sin necesidad de este enfriamiento previo hiciera posible la distribución de electricidad sin pérdidas y muchos otros adelantos que, en conjunto, cambiarían nuestras vidas.