Desde la UNAM

Química supramolecular, acoplamiento molecular y biosensores: el futuro del diagnóstico personalizado – Dr. Ángel Hernández

¿Has tenido un juego de construcción por bloques? En esos juegos utilizas una unidad básica para construir algo más grande, de manera similar a los materiales que nos rodean y usamos en la vida cotidiana, los cuales están formados por átomos de diversos elementos químicos. Estos átomos se encuentran unidos entre sí por enlaces químicos para formar moléculas.

Pero hay juegos de construcción más complejos, en los que las instrucciones te piden que primero construyas una parte móvil que tiene una función específica para unirse a la construcción final. ¿Sabías que las moléculas también se pueden acoplar a través de interacciones, como “enlaces entre ellas” para formar bloques más complejos?

Existe una rama de la Química que estudia las interacciones entre las moléculas (interacciones supramoleculares) y explica que los enlaces que se pueden formar entre ellas son interacciones no covalentes como los enlaces de hidrógeno. La importancia de este campo de estudio ha sido resaltada en dos ocasiones con el Premio Nobel de Química, otorgado a trabajos relacionados con la química supramolecular: en 1987 al químico francés Jean-Marie Pierre Lehn y en el 2016 a los químicos Jean-Pierre Sauvage, Sir James Fraser Stoddart y Bernard Lucas Feringa por el diseño y síntesis de las máquinas moleculares.

Esos diseños se llevan a cabo estudiando la conformación preferida de cada molécula, es decir, estudian la forma en que esos bloques de construcción naturales se acomodaron uniéndose unos a otros para formar un complejo estable. Cada molécula se unirá a través de interacciones no covalentes que van a comportarse diferente de acuerdo con cada grupo funcional (grupo especifico de átomos) presente en esa molécula. Gracias a que un grupo funcional “alcohol” no interactúa igual que un grupo “amino”, podemos predecir la conformación preferida de las moléculas para formar un complejo estable.

El arte de predecir está conformación química se conoce como “Acoplamiento molecular” y se puede realizar echando mano de herramientas sofisticadas de cómputo. El acoplamiento molecular es ampliamente aplicado en la industria farmacéutica, en el desarrollo de nuevos fármacos, vacunas, antivirales, etc.

Otro ejemplo de las aplicaciones del estudio de la química supramolecular es el que estamos realizando en el Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA) de la UNAM, campus Juriquilla, para el desarrollo de los biosensores. Dispositivos que se diseñan para que interactúen selectivamente con una molécula objetivo, a través de interacciones no covalentes.

En este caso, la molécula objetivo será un biomarcador, es decir, un compuesto químico que se produce dentro de nuestro cuerpo y cuya presencia o alta concentración está asociada a una enfermedad específica. Tal es el caso del antígeno prostático específico (APE – PSA por sus siglas en inglés), el cual es sintetizado por células de la próstata y una concentración elevada de APE se puede asociar a casos de cáncer de próstata.

De esta manera, con el conocimiento desarrollado dentro de la química supramolecular y el uso de herramientas computacionales de acoplamiento molecular, es posible estudiar y desarrollar nuevos materiales para el diseño de biosensores portátiles que en el futuro nos ayuden a tener un monitoreo personalizado y constante de biomarcadores asociados a diferentes enfermedades. Esto permitiría un diagnóstico temprano de enfermedades específicas para cada paciente de manera personalizada.

En el CFATA, en conjunto con estudiantes de licenciatura y posgrado, estamos aplicando técnicas computacionales de acoplamiento molecular, para el diseño, desarrollo y síntesis de nuevos materiales que serán la base de dispositivos de sensado de última generación.

 

Si esta lectura te ha motivado a conocer más sobre este tema o temas relacionados; te invito a seguirme en twitter: @AngelFQ97 y en mi página web https://sites.google.com/view/ar-hernandez-martinez/main.

Dr. Ángel Ramón Hernández Martínez

Investigador del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada

Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla

Fuentes de información:

  1. Ballón-Paucara y Grados-Torrez, Rev.Cs.Farm. y Bioq. 2019, vol.7, n.2, pp. 55-72
  2. Jayawickramarajah, A.J. Wilson, Supramolecular Medicinal Chemistry and Chemical Biology, in Comprehensive Supramolecular Chemistry II, 2017
  3. Nicholas Pearce, Neil R. Champness, Metal Complexes in Supramolecular Chemistry and Self-Assembly, in Reference Module in Chemistry, Molecular Sciences and Chemical Engineering, 2020

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