Biotecnología

Grafeno, un concepto que representa el impacto de una estructura molecular de carbono que desde que fue descrita, se ha situado en el ojo del huracán de miles de estudios científicos que abarcan campos tan diversos que van desde la electrónica, hasta la ingeniería de tejidos. Este material es igual en composición a los ampliamente descritos nanotubos de carbono, pero con la peculiaridad de conformar una estructura en 2D del grosor de un único átomo. Debido a su estructura hexagonal plana, posee una serie de propiedades que lo convierten en uno de los materiales más prometedores del siglo XXI.

Podríamos hablar de las numerosas aplicaciones del grafeno en la elaboración de transistores o su implicación en ingeniería de materiales, pero vamos a focalizar nuestra atención en la multitud de posibles aplicaciones en biomedicina que presenta, concretamente, en sistemas de vehiculización de fármacos o “drug delivery”. Fue en 2008 cuando el grupo de Hongje Dai en la universidad de Standford planteó el empleo de este material como portador de fármacos, debido al éxito previo que habían tenido los nanotubos de carbono. Inicialmente se centraron en el estudio de las nanopartículas de óxido de grafeno (NGO), las cuales poseían las propiedades idóneas para la unión y transporte de moléculas terapéuticas. Para poder usar estas partículas en ensayos farmacológicos era necesario adaptarlas a entornos biológicos, es decir, incrementar su solubilidad y compatibilidad en las soluciones características de los organismos vivos. Para ello el NGO se funcionalizó adicionándole moléculas de polietilénglicol (PEG), un compuesto muy utilizado en farmacología, lo cual permitía la obtención de láminas de NGO PEGiladas que eran solubles en diferentes buffers y suero. Se hicieron ensayos con fármacos anticancerígenos insolubles como el SN38 y doxorubicina demostrándose una gran capacidad de carga de fármaco, el cual era expuesto en la amplia superficie de las láminas de NGO-PEG.

Estudios posteriores permitieron analizar el comportamiento in vivo del NGO-PEG también en terapia anticancerígena. En este caso la clave es la fototerapia térmica, que es posible gracias a gran absorción que presenta el NGO-PEG en longitudes de onda del infrarrojo cercano (NIR). La potencialidad de este sistema reside en que una vez en el interior de la célula es posible irradiar el tejido, de forma que el calor generado sólo en las células que hayan incorporado la molécula va a desencadenar la muerte de las mismas. En estos estudios se observó que la tasa de incorporación pasiva por las células tumorales era sorprendentemente elevada, lo cual demuestra su posible aplicación en terapia contra el cáncer.

Pero el grafeno no sólo presenta estas aplicaciones en biomedicina, se ha demostrado que mejora la adherencia de osteoblastos y células mesenquimales, lo cual pone de manifiesto su utilidad en ingeniería tisular. Por otro lado también se han descrito nuevas matrices basadas en grafeno para espectrometría de masas, biosensores, y ha sido posible desarrollar novedosos sistemas de secuenciación de DNA miniaturizados empleando este material.

Como hemos podido ver, hasta el momento sólo se conoce la punta del iceberg de la potencialidad de aplicaciones de este nuevo material, el cual sin duda permitirá grandes avances en biomedicina en los próximos años.

Nuria Roldán López

Referencias

• Dong XL, Cheng JS, Li JH, Wang YS. Graphene as a novel matrix for the analysis of small molecules by MALDI-TOF MS. Anal. Chem. 82, 6208–6214 (2010).
• Kalbacova M, Broz A, Kong J, Kalbac M: Graphene substrates promote adherence of human osteoblasts and mesenchymal stromal cells. Carbon 48, 4323–4329 (2010).
• Liu Z, Robinson JT, Sun XM, Dai HJ: PEGylated nanographene oxide for delivery of water-insoluble cancer drugs .J. Am. Chem. Soc. 130, 10876–10877 (2008).
• Liu Y, Yu DS, Zeng C, Miao ZC, Dai LM: Biocompatible graphene oxide-based glucose biosensors. Langmuir 26, 6158–6160 (2010).
• Yang K, Zhang S, Zhang G, Sun X, Lee ST, Liu Z. Graphene in mice: ultrahigh in vivo tumor uptake and efficient photothermaltherapy. Nano Lett. 10(9):3318-23 (2010).