Bajo ciertas condiciones, partículas seleccionadas apropiadamente pueden formar superficies cerradas en líquidos con formas sorprendentemente complejas, cortando el espacio por una red regular de canales. Hasta ahora, hemos analizado los cubosomas, porque esto es lo que son estas espectaculares nanoestructuras tridimensionales.llamado - solo desde el exterior. El modelado teórico avanzado llevado a cabo en el Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia en Varsovia nos ha permitido mirar en su interior por primera vez.
A primera vista, es difícil resistirse a la impresión de que han sido diseñados por un ingeniero perfeccionista, y no por la propia naturaleza. Estamos hablando de cubosomas, nanoestructuras con una forma generalmente cúbica, plagada de agujeros como de costumbre.como ventanas en un bloque de pisos. El tamaño de los cubosomas varía de decenas a cientos de nanómetros. Hasta ahora, se han estudiado principalmente con microscopios electrónicos, lo que permitió describir su forma externa. Sin embargo, ninguno de los métodos experimentales disponibles actualmenteLas técnicas nos permitieron penetrar en detalle el interior de estas notables estructuras.
"Donde el experimentador no puede ir, envía al teórico. Una forma efectiva de ver el interior de los cubosomas resultó ser el modelado teórico usando computadoras. Nuestros cálculos numéricos revelaron que la estructura interna de los cubosomas puede ser mucho más compleja de lo que se pensaba originalmente", diceDr. Wojciech Gozdz del Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias IPC PAS en Varsovia.
En lo que respecta a su estructura, los cubosomas son similares a los cristales, porque al igual que en los cristales, en los cubosomas se puede distinguir un bloque de construcción básico repetido, denominado celda unitaria. Sin embargo, la similitud no es ideal.En los cristales, la celda unitaria consiste en un grupo de átomos o moléculas típicos y siempre igualmente espaciados, mientras que en los cubosomas es una sección de membrana adecuadamente formada sumergida en agua.
"Los cubosomas se pueden construir a partir de una variedad de celdas unitarias correspondientes a diferentes estructuras cúbicas. Un solo cubosoma compuesto de tales celdas individuales se parece un poco a una esponja. Las esponjas, sin embargo, tienen una estructura interna caótica, mientras que en los cubosomas es muy, muyregular ", describe el Dr. Gozdz, y agrega:" Un cubosoma se puede imaginar como una superficie cerrada. Un ejemplo simple de una superficie cerrada es un toro. Sin embargo, en un toro solo hay un orificio, mientras que en los cubosomas hay típicamente devarias decenas a varios miles de agujeros ".
En las condiciones apropiadas y empleando los procedimientos experimentales apropiados, los cubosomas se forman en un medio líquido que contiene moléculas anfifílicas, es decir, moléculas donde un extremo es hidrofóbico evitando el agua y el otro es hidrofílico 'gusta' el agua. En aguaLas moléculas anfifílicas pueden formar una doble capa bicapa construida de tal manera que los extremos hidrófilos estén en el exterior de la capa y los extremos hidrófobos se dirijan hacia su centro. Los cubosomas también se pueden formar en líquidos ternarios, que consisten en agua, aceitey moléculas anfifílicas. Las moléculas no forman entonces bicapas sino monocapas, con sus extremos hidrófilos dirigidos hacia el agua y los extremos hidrófobos hacia el aceite.
La membrana tridimensional formada, creando cada cubosoma, está cerrada y acribillada con una red regular de túneles. Los túneles se llenan con el líquido en el que se sumerge el cubosoma. Si la solución en la que surgió el cubosoma fuera dos-componente, el espacio en el cubosoma encerrado por la membrana se llenará con el mismo líquido en una solución ternaria sería un líquido diferente al de los túneles. Por lo tanto, cada cubosoma también se puede tratar como un tridimensional regularrejilla de canales llenos de un líquido o dos líquidos. Así percibido, el cubosoma se convierte en una estructura cristalina formada por 'barras' líquidas rodeadas de moléculas anfifílicas.
En su investigación, el Dr. Gozdz se centró en cubosomas hechos de bicapas, ya que predominantemente estos sistemas se han estudiado experimentalmente y, en el futuro, pueden tener muchos usos como vehículos de administración de fármacos. Anteriormente, los intentos de una descripción de la forma deLas nanopartículas de este tipo se fabricaron utilizando funciones matemáticas emparejadas artificialmente. En el IPC PAS se utilizó por primera vez un modelo basado en ecuaciones físicas para investigar la estructura de los cubosomas. Los resultados de los cálculos numéricos han llevado a algunos descubrimientos interesantes.
"Notamos, por ejemplo, que el tamaño de la celda unitaria en los cubosomas puede ser diferente del tamaño de la celda unitaria en la solución. De hecho, los cubosomas pueden hincharse o encogerse, para que la estructura resultante tenga elmenos energía. Si el tamaño de la celda unitaria dentro del cubosoma permanece igual que en la solución, entonces las celdas adyacentes a las paredes del cubosoma pueden deformarse significativamente ", dice el Dr. Gozdz.
La investigación en el IPC PAS ha llevado a una conclusión aún más sorprendente. ¡Dos cubosomas que son virtualmente idénticos externamente pueden tener una estructura interna muy variable! Esta observación tiene un valor práctico importante debido a una de las aplicaciones potenciales más importantes de los cubosomas.: el suministro de fármacos en el cuerpo. Actualmente, los liposomas se utilizan para este propósito estas son vesículas esféricas cuya membrana está formada por una bicapa lipídica. En comparación con los liposomas, los cubosomas tienen una estructura interna mucho más rica y menos uniforme. Un fármaco introducidoen la red tridimensional de canales del cubosoma se liberaría durante un período de tiempo más largo y en dosis controladas con mayor precisión. Por lo tanto, la capacidad de cambiar la estructura interna de los cubosomas sin ejercer una influencia significativa en sus dimensiones y formas exteriores, descubierta en elIPC PAS, abre el camino a la manipulación precisa de la tasa de liberación de fármacos.
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Materiales proporcionado por Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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