Uno studio condotto da scienziati del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), l'Universidad Complutense (UCM), Università di Girona (UdG), e l'Istituto di Bioingegneria della Catalogna (IBEC), collaborando con altri centri internazionali, ha superato uno dei principali ostacoli all'uso di nanorobot alimentati da lipasi, enzimi che svolgono un ruolo essenziale nella digestione scomponendo i grassi negli alimenti in modo che possano essere assorbiti.

Lo studio è stato coordinato da Marco Filice del CNIC Microscopy and Dynamic Imaging Unit, parte del ReDIB Infraestructura Científico Técnica Singular (ICTS), professore presso la Facoltà di Farmacia (UCM) e dal Professor Samuel Sánchez di ICREA Research dell'IBEC. L'articolo, pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie Edizione Internazionale , descrive uno strumento per la modulazione di motori alimentati da enzimi, ampliando le loro potenziali applicazioni biomediche e ambientali.

I microrganismi sono in grado di nuotare attraverso ambienti complessi, rispondere a ciò che li circonda, e si organizzano in autonomia. Ispirato da queste capacità, negli ultimi 20 anni gli scienziati sono riusciti a replicare artificialmente questi piccoli nuotatori, prima alla macro-micro scala e poi alla nanoscala, trovare applicazioni nella bonifica ambientale e nella biomedicina.

"La velocità, capacità di carico, e la facilità di funzionalizzazione superficiale di micro e nanomotori ha visto i recenti progressi della ricerca convertire questi dispositivi in ​​strumenti promettenti per risolvere molti problemi biomedici. Però, una sfida chiave per l'uso più ampio di questi nanorobot è la scelta di un motore appropriato per azionarli, " ha spiegato Sanchez.

Negli ultimi 5 anni, il gruppo IBEC ha aperto la strada all'uso di enzimi per generare la forza propulsiva per i nanomotori. "I nanomotori biocatalitici utilizzano enzimi biologici per convertire l'energia chimica in forza meccanica, e questo approccio ha suscitato grande interesse nel settore, con ureasi, catalasi, e glucosio ossidasi tra le scelte più frequenti per alimentare questi minuscoli motori, ", ha detto Sanchez.

Il gruppo CNIC è leader nella manipolazione strutturale e nell'immobilizzazione di enzimi lipasi sulla superficie di diversi nanomateriali. Le lipasi producono eccellenti componenti nanomotori perché il loro meccanismo catalitico comporta importanti cambiamenti conformazionali tra un ambiente aperto, forma attiva e chiusa,

"In questo progetto, abbiamo studiato l'effetto della modulazione dell'attività catalitica degli enzimi lipasi per spingere le nanoparticelle a base di silicio, " ha spiegato Filice.

Oltre alla conformazione tridimensionale dell'enzima, il team ha anche studiato come il controllo dell'orientamento dell'enzima durante la sua immobilizzazione sulla superficie del nanomotore influisce sulla sua attività catalitica e quindi sulla propulsione dei nanorobot.

I ricercatori hanno modificato chimicamente la superficie delle nanoparticelle di silicio per generare tre combinazioni specifiche di conformazioni e orientamenti della lipasi durante l'immobilizzazione:1) conformazione aperta più orientamento controllato; 2) conformazione chiusa più orientamento incontrollato; 3) una situazione intermedia tra 1 e 2.

Il team ha analizzato i tre tipi di nanorobot con tecniche spettroscopiche, saggi per valutare i parametri catalitici legati all'attività enzimatica, Simulazioni molecolari dinamiche (eseguite dal team della Professoressa Silvia Osuna presso UdG), e tracciamento diretto delle traiettorie nanomotorie individuali mediante tecniche di microscopia. "I risultati dimostrano che la combinazione di una conformazione enzimatica aperta con un orientamento specifico sul nanomotore è fondamentale per ottenere una propulsione controllata".