Vidrio reactivo

Una nueva clase de vidrio bioactivo puede actuar como un sistema inteligente: no solo detecta su entorno, sino que reacciona química y físicamente a él.

En la Universidad del Sur de Illinois, Bakul C. Dave (pronunciado Da-vey) ha formado un material vidrioso transparente a partir de una solución de gel de sílice modificada orgánicamente. Mezclado con agua a temperatura ambiente, la solución sol-gel se endurece en aproximadamente cinco minutos en un gel transparente sólido pero elástico.

El vidrio sol-gel tiene poros microscópicos en forma de panal que pueden absorber biomoléculas como proteínas o enzimas y liberarlas en respuesta a los estímulos ambientales. Esta propiedad podría acercar un vehículo inteligente de administración de fármacos capaz de regular las dosis para mantener niveles terapéuticos adecuados.

Vidrio hinchado

El vidrio convencional, creado al derretir sílice a alta temperatura, contiene muy poca agua. El vidrio Sol-gel tiene un 20 por ciento de agua en peso. La combinación de porosidad y alto contenido de agua hace que el vidrio sol-gel sea un sensor y reactor flexible.

En los experimentos de laboratorio, el vidrio sol-gel se hincha, encoge o dobla en condiciones de cambio de temperatura o acidez, pero vuelve a su forma original cuando el ambiente se modera. También responde a cambios en el campo salino o eléctrico.

Además, el vidrio puede reaccionar a una variedad de estímulos químicos, incluidas proteínas y otras biomoléculas. La sensibilidad del vidrio, incluida la elección de la molécula objetivo, se controla mediante modificaciones en la solución de gel de sílice.

A medida que el vidrio sol-gel cambia de forma, puede absorber o expulsar biomoléculas a través de su sistema interconectado de microporos, que también se agrandan o encogen. El vidrio en sí es bio-inerte o biocompatible, lo que significa que preserva la integridad de las biomoléculas incorporadas o absorbidas en los poros de sol-gel. Esta biocompatibilidad también significa que su uso como píldora o implante no debe desencadenar infección o rechazo por parte del organismo.

Bomba o esponja

El equipo de investigación de Dave está investigando el potencial del sol-gel como vehículo de administración de fármacos regulado por el medio ambiente. A diferencia de las cápsulas de liberación prolongada, cuya acción es continua, una bomba de insulina sol-gel, por ejemplo, imitaría la respuesta natural del páncreas, modulando la cantidad de insulina que libera en proporción a la concentración fluctuante de glucosa en la sangre.

El equipo de Dave ha comenzado a probar este enfoque con implantes sol-gel en ratones. A los niveles esperados de dosis, la insulina en el implante de un milímetro podría durar varios años, dice.

En un laboratorio, el vidrio bioactivo podría encontrar otros usos como esponja o separador de proteínas, absorbiendo una molécula objetivo específica de una sopa biológica. Más tarde, el proceso podría revertirse para exprimir la proteína separada.

Otras aplicaciones potenciales incluyen microfluidos y películas delgadas. Podría ser posible, dice Dave, dar forma al material poroso en pequeños canales, válvulas y depósitos que se abren y cierran cambiando de forma en lugar de por acción mecánica.

O, como una película delgada o revestimiento, el vidrio sol-gel podría funcionar como un sensor, comunicando las condiciones ambientales a un material o sustrato subyacente, permitiendo que la presión dentro de una tubería, o la velocidad de un motor, se ajuste según sea necesario.

Para Dave, el objetivo principal de su investigación de sol-gel es la variedad de aplicaciones que podría abrir. Podemos convertir efectivamente cualquier señal química o física en una respuesta cuidadosamente modulada, dice.

Cariño, encogí la muestra

Como tantos otros avances científicos, el cristal sensible de Dave fue descubierto casi por accidente. Los sol-geles existen desde hace muchos años e incluso se han mezclado con materiales orgánicos y biomoleculares. En 1997, el grupo de Dave estaba trabajando en sol-geles orgánicos para aplicaciones de fotoquímica cuando un estudiante de posgrado dejó accidentalmente una luz brillante en una muestra. Para sorpresa de todos, la muestra se encogió bajo la luz.

Hoy, Dave está refinando la capacidad de la solución de sílice para detectar y reaccionar con precisión a estímulos ambientales específicos después de que se solidifica en vidrio sol-gel. También está comenzando a investigar aplicaciones en la nano frontera, donde las partículas del vidrio sol-gel podrían usarse para la administración o absorción de fármacos y otras sustancias terapéuticas específicas de moléculas.

Si tiene éxito, es posible que eventualmente veamos el uso de nanopartículas de sol-gel para limpiar órganos o tejidos eliminando o neutralizando proteínas o bacterias dañinas.

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