Cada palabra acuñada por los científicos para dar nombre a un descubrimiento esconde decenas de historias y, en ese sentido, parece que la química está especialmente sembrada de ellas. Cuando yo estudiaba bachillerato, me llamó poderosamente la atención la historia de Kekulé, el químico alemán del siglo XIX que descubrió que la molécula de benceno tiene forma de anillo después de soñar con una serpiente que se mordía la cola. Desde entonces, la química se ha ido sembrando de nuevos compuestos con sus nombres y sus historias.

Nuestro invitado de hoy, Enrique Díez Barra Catedrático de Química Orgánica en la Facultad de Ciencias y Tecnologías Químicas de la UCLM, habla de modernas moléculas, infinitamente más complejas que el benceno, de nombres tan llamativos como enigmáticos, dendrímeros, arboroles, Quantum dots (QD), cuyas propiedades están revolucionando el mundo, especialmente el de la medicina en su escala más diminuta: la nanomedicina.

Los dendrímeros.

El descubrimiento de los dendrímeros tiene su propia historia. La contó su descubridor, Donald Tomalia, en un artículo publicado en Scientific American en 1995. Decía el investigador que su tierra, un lugar del centro de Michigan situado cerca del río Chippewa, no era buena para los cultivos pero sí para los árboles. Año tras año, veía como nuevas semillas de los árboles germinaban y de ellas salía inicialmente una única vara flexible de la que iban surgiendo ramas y más ramas hasta formar frondosos ejemplares que se disputaban el espacio en el tupido bosque. Un día, se le ocurrió analizar aquellas criaturas con sus ojos de químico. Cuenta Tomalia, que su estructura ramificada le hizo soñar con la posibilidad de diseñar una molécula química capaz de crecer de forma controlada uniéndose a otras hasta formar una estructura arborescente cada vez más compleja. Con los años, aquella idea fue germinando en la mente del científico hasta que, a finales de los 70, dio luz al primer dendrímero.

Los dendrímeros son, en parte, polímeros. Los polímeros son unas moléculas formadas por largas cadenas de unidades que se repiten, llamadas monómeros, unidas como las cuentas de un collar. La naturaleza es una gran experta en la creación de polímeros; el almidón, la celulosa, la seda y el ADN son preciosos ejemplos de polímeros naturales. El ser humano ha aprendido a imitarla y ha creado fibras sin las cuales la vida moderna sería difícil de imaginar, como el nailon o el polietileno.

Sin embargo, los dendrímeros, aunque tengan alma de polímero, tienen grandes diferencias con los mencionados. Los intentos de crear estructuras ramificadas con polímeros lineales dieron lugar a moléculas interesantes pero la longitud de las ramas era imprevisible, muy desigual. El invento de Tomalia fue mucho más novedoso, un dendrímero tiene una estructura química precisa, donde los enlaces químicos entre los átomos pueden ser descritos con exactitud. Están altamente ramificados, pero sus ramas tienen longitudes concretas, y su crecimiento, peso molecular y tamaño puede ser controlado en todo momento. El nombre, “dendrímero” deriva de “dendron”, que en griego significa “árbol” y “meros” significa “parte”.

Lo que hace de los dendrímeros unas moléculas valiosas es que los extremos de las ramificaciones que forman la periferia pueden ser modificados a voluntad uniéndole otras moléculas. De esa manera se consigue dotarlas de propiedades interesantes, como la emisión de luz al ser excitadas (fotoluminiscencia), o las convierten en ideales portadores de fármacos o genes. Entre las propiedades más sobresalientes de algunos dendrímeros está la habilidad para atravesar las membranas de las células, algo que, junto a su capacidad para transportar otras moléculas, las convierte en vectores ideales para la introducción de fármacos y genes en el interior celular. Unos de estos dendrímeros (TRANSGEDEN) ha sido desarrollado en la Facultad de Ciencias y Tecnologías Químicas de la UCLM.

Quantum Dots

Si los dendrímeros sorprenden por sus habilidades, otra generación de nanopartículas está ya revolucionando el mundo de la bioimagen y otros campos de la tecnología como los sensores y dispositivos fotovoltaicos. Esto recién llegados reciben un nombre no menos enigmático: “Quantum Dots” (QD o Puntos Cuánticos). Fueron descubiertos a principio de los 80 por el investigador ruso Alexei Ekimov. Son partículas pequeñísimas, de muy pocos nanómetros de tamaño (un nanómetro es una millonésima de milímetro), que tienen la peculiaridad de que, al ser excitados, emiten una luz cuya frecuencia (color) depende del tamaño de la partícula.

En los últimos años los QDs han encontrado aplicaciones en Optoelectrónica. Con ellos se fabrican diodos láser emisores de luz más eficientes que los usados hoy en lectores de CD. En Biomedicina los puntos cuánticos emiten luz brillante y muy estable que permite obtener bioimágenes para el seguimiento de fármacos una vez introducidos en el organismo. También tienen aplicación en paneles solares experimentales y hace pensar en nuevos sistemas de iluminación con un rendimiento más eficiente.

Les invitamos a escuchar a Enrique Díez Barra en Hablando con Científicos.

REFERENCIAS

Efficient, Non-Toxic Hybrid PPV-PAMAM Dendrimer as a Gene Carrier
for Neuronal Cells. Ana C. Rodrigo et al. Biomacromolecules. pubs.acs.org/Biomac

Multifunctional dendritic polymers in nanomedicine: opportunities
and challenges. Jayant Khandare et al. Chem Soc Rev. DOI: 10.1039/c1cs15242d

Luminescent Carbon Nanodots: Emergent Nanolights. Sheila N. Baker et al. Nanotechnology DOI: 10.1002/anie.200906623