El Premio Nobel para los Nanorobots del Futuro

Publicado en Café Científico.
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Por Paula Ximena García Reynaldos

“Me siento un poco como los hermanos Wright cuando volaban por primera vez y la gente se preguntaba ¡¿para qué necesitamos una máquina voladora?!”
Bernard L. Feringa, Químico

Esta semana se han dado ya los anuncios de todos los galardonados con los Premios Nobel 2016 de ciencias: el lunes supimos que el japonés Yoshinori Ohsumi fue premiado con el Nobel de Fisiología o Medicina “por sus descubrimientos de los mecanismos de la autofagia”. (1)

La autofagia es un proceso fundamental de las células, en el que éstas reciclan sus propios componentes digiriéndolos dentro de ellas. Comenzó a estudiarse a mediados del siglo pasado, pero fue hasta finales de siglo, en los años noventas, cuando las investigaciones de Ohsumi aportaron más datos sobre los genes que dirigían la existencia de la autofagia, la cuál es un mecanismo que puede proveer a las células de energía en momentos de escasez, además de ser parte importante en los procesos de diferenciación celular que ocurren en la formación de los embriones, además de que elimina componentes dañados de las células.

Luego el martes se anunció que los británicos David Thouless, Duncan Haldane y Michael Kosterlitz eran los ganadores del premio Nobel de Física “por sus descubrimientos téoricos de transiciones topológicas de fase y fases topológicas de la materia”, a los que también se les llama estados exóticos de la materia, pues son casos particulares y muy diferentes a los bien conocidos estados sólido, líquido y gaseoso. (2)

Los cambios de estado de la materia ocurren al variar la temperatura: al bajar pasamos de gaseoso a líquido a sólido, pero en casos particulares si la temperatura baja lo suficiente ocurren cambios de estado que ya no pueden describirse como sólido, sino que se trata de los estados exóticos, en los que dadas ciertas condicones pueden existir fenómemos útiles como la superconductividad.

Finalmente el miércoles se anunció que los galardonados con el premio Nobel de Química son el francés Jean-Pierre Sauvage, el holandés Bernard (Ben) Feringa y el británico Sir Fraser Stoddart “por el diseño y síntesis de máquinas moleculares”. (3)

Las moléculas diseñadas por estos químicos pueden ser consideradas como máquinas justamente porque contienen partes móviles y fijas que permiten aprovechar energía o realizar un trabajo, tal como las muchas máquinas que usamos a diario para hacer nuestras vidas más fáciles: como cerraduras, palancas, poleas, motores, autos, entre otras.

Pero a diferencia de estas máquinas cotidianas, las máquinas moleculares, son pequenísimas: las podríamos llamar nanomáquinas, ya que su tamaño promedio de apenas la milésima parte del ancho de un cabello, así que la unidad de longitud adecuada para describirlas sería los nanómetros (un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro).

Nanoauto diseñado y sintetizado por Ben Feringa. (Imagen tomada del texto How molecules became machines, del Academia Sueca de Ciencias, The Nobel Prize in Chemistry 2016 – Popular Information”. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Web. 8 Oct 2016.)

Aunque prácticamente todas las moléculas tienen vibraciones o se mueven, lo que distingue a las máquinas moleculares es que sus movimientos no son al azar. Una molécula común en cierto tiempo, puede girar la misma cantidad de veces a la izquierda que a la derecha, sin embargo una molécula diseñada con el propósito de ser una nanomáquina está hecha de tal forma que gire todo el tiempo, sólo en una dirección particular.

Las dos palabras claves que describen la razón del premio de Química otorgado este año son diseño y síntesis, pues estas nanomáquinas son moléculas “hechas a la medida”, con un objetivo específico, y considerando ese objetivo y ese plan de diseño, es que son producidas en el laboratorio, es decir son sintetizadas, para que bajo ciertas condiciones, como cambios de temperatura, luz o electricidad, tengan los movimientos planeados desde el principio. De esta forma hasta ahora existen ejemplos de nanomáquinas que emulan motores, elevadores o switches de encendido y apagado, entre otras.

Otra razón por la que este premio es relevante, consiste en que el campo de investigación de máquinas moleculares está dentro de lo que se considera “investigación básica”, es decir el escalón anterior -y necesario- para conseguir aplicaciones.

Aunque por ahora no existen aplicaciones específicas de las nanomáquinas, ya hay muchos ejemplos que nos indican el camino que pueden seguir estas diminutas maravillas, como un “nanochip” con capacidad de almacenamiento 20kB, diseñado hace algunos años por uno de los galardonados, Sir Fraser Stoddart; o un “nanobrazo robótico” que construye automáticamente secuencias de aminoácidos (los bloques constructores de las proteínas), diseñado en la Universidad de Manchester por el grupo de investigación del profesor David Leigh. (4)

Los galardonados con el Premio Nobel de Química 2016 (imagen tomada de la página de Facebook oficial de los Premios Nobel)

El hecho de que existan muchos ejemplos de máquinas moleculares y no sólo los hechos por los ganadores del Premio Nobel de este año, muestra que el estudio y desarrollo de las nanomáquinas es un campo que ya desde antes de ser reconocido por el Nobel, era ya un área de la Química con mucho interés y crecimiento, lo que hace que las perspectivas en el futuro cercano sean que se puedan conseguir aplicaciones reales, útiles y reproducibles que impliquen que estas máquinas moleculares sean como robots diminutos que funcionen como nanomédicos dentro del cuerpo, reparando tejidos dañados o destruyendo células malignas.

 Yo y muchos colegas químicos nos sentimos muy entusiasmados pues este Nobel de Química cae justo en el corazón de esta ciencia: el diseño y síntesis de moléculas, actividad que hace que la Química no sólo sea una ciencia de descubrimiento sino de creación, tal como dijo Stoddart en una entrevista teléfonica: “esto es lo que me llevó a la química, la maravillosa habilidad de poder expresarte de una forma artística.” 

Escuchen el comentario, basado en este texto, que fue emitido el 6 de octubre de 2016 en el programa de radio “La Feria” del Instituto Mexicano de la Radio.

Referencias:
(1) Información del Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2016: http://ift.tt/2cMVbEu
(2) Información del Premio Nobel de Física 2016: http://ift.tt/1urOmhe
(3) Información del Premio Nobel de Química 2016: http://ift.tt/2dwxaEj
(4) The tiniest Lego: a tale of nanoscale motors, rotors, switches and pumps, Mark Peplow, Nature, 3 de septiembre de 2015, http://ift.tt/1O9GBUS

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