Un equipo interdisciplinario de científicos de Stuttgart, Heidelberg y Londres han desarrolado nanopropulsores magnéticos en miniatura que pueden entregar material genético a las células. Para ello, utilizaron un material magnético químicamente estable, no tóxico y biológicamente compatible, que ofrecen a estos nanopropulsores un gran potencial para aplicaciones biomédicas y cirugías mínimamente invasivas del futuro.
Usando una aleación de hierro y platino, los investigadores fabricaron nanopropulsores en forma de taladro del tamaño de una bacteria.Además, emostraron que los nanopropeladores magnéticos son completamente biocompatibles, es decir, no tienen efectos adversos en las células y pueden entregar material genético.
“La fantástica idea de que los nanopropulsores dirigidos magnéticamente podrían algún día permitir la focalización precisa y la entrega de genes o medicamentos, tiene un gran potencial en la medicina. Acabamos de acercarnos un poco más a su realización ”, dice Peer Fischer, quien dirige el Micro Nano and Molecular Systems Lab y es pionero en el campo de la investigación de nanopropulsores.
Usando una aleación de hierro y platino, los investigadores fabricaron nanopropulsores en forma de taladro del tamaño de una bacteria
Los principales desafíos para usar nanopartículas magnéticas en biomedicina son que algunos materiales magnéticos de uso común exhiben una toxicidad inaceptablemente alta (níquel, cobalto), otros son difíciles de fabricar (ferrita de zinc), exhiben baja estabilidad química (corrosión de hierro) o tienen momentos magnéticos muy débiles ( óxidos de hierro). Además, los supermagnetos de neodimio hierro boro (NdFeB) comercialmente populares no pueden fabricarse ni utilizarse a escalas muy pequeñas hasta el momento. Por lo tanto, encontrar un material perfecto para esta aplicación es muy difícil.
El equipo del Micro Nano and Molecular Systems Lab superó estas restricciones al fabricar un nuevo tipo de nanopropeller magnético. Los científicos de Stuttgart lograron desarrollar nanoestructuras con propiedades magnéticas que superan a los micromagnet más fuertes conocidos (NdFeB), pero que son químicamente estables y biocompatibles. Estos nuevos nanopropulsores se basan en la aleación de hierro platino "L10", y son muy prometedores porque combinan todo lo que las aplicaciones del mundo real requerirían para la orientación magnética.
Estas excelentes propiedades magnéticas de los materiales de hierro y platino fueron logradas previamente por el Departamento de Sistemas Magnéticos Modernos en el MPI-IS, dirigido por Gisela Schütz. "Logramos producir nanomagnets de FePt que son aproximadamente un 50% más fuertes que los mejores compuestos de neodimio del mundo", dice Schütz. Trabajando en equipo con Micro Nano y Molecular Systems Lab, desarrollaron un método de fabricación para nanopropulsores FePt utilizando el método especializado de nanofabricación de alto vacío "Deposición de ángulo de mira " (GLAD) seguido de un paso de recocido a cerca de 700 grados. Al igual que con proyectos anteriores, GLAD permitió la fabricación simultánea de miles de millones de nanorobots en solo unas pocas horas, lo que hace que este sea un proceso fácilmente escalable.
Con el apoyo de los biólogos Maximiliano Gutiérrez y Claudio Bussi del Instituto Francis Crick y el bioingeniero Andrew Holle del Instituto Max Planck de Investigación Médica, el equipo demostró que las hélices no tóxicas permiten la entrega activa de genes. Cubrieron las hélices con ADN que codifica la proteína verde fluorescente. Las hélices transportaron el ADN dentro de las células de carcinoma de pulmón que luego comenzaron a emitir luz verde. Los investigadores pudieron dirigir con precisión las hélices a través de los medios celulares que las rodean. Debido a las propiedades magnéticas duras, que rivalizan con las de los micromagnet NdFeB fuertes, las hélices son las más rápidas jamás creadas en el Micro Nano and Molecular Systems Lab y alcanzan velocidades de 13 longitudes de hélice por segundo.