Biomimetizad@s #5: "La química y el desarrollo de instrumentación inspirado en la naturaleza"

La química ha puesto especial atención en las estructuras y procesos presentes en el medio natural, para la creación de instrumentos que permitan obtener mejoras en sus estudios.

Hablamos con el Dr. Alexis Aspée, académico de la Facultad de Química y Biología de la Universidad de Santiago de Chile, sobre cómo en la fotoquímica, su área de investigación, se han desarrollado diversas tecnologías que imitan a la naturaleza y brindan óptimos resultados.

¿De qué forma la química se inspira en la naturaleza para crear o reproducir procesos que solucionen diferentes problemas?

La biomimética no es algo que tengamos incorporado de manera consciente, pero es una inspiración constante para todos los químicos. Muchas de las cosas y de las interpretaciones científicas que hacemos, las hacemos en términos de la biomimética, está vinculada transversalmente con muchas áreas, como la química inorgánica, orgánica, síntesis, química de productos naturales, degradación de contaminantes.

En cuanto a los productos naturales, por ejemplo, lo que tiene que ver con las síntesis de nuevas drogas, se hace enfocándose en lo que la naturaleza ha hecho. Ahí se investigan las moléculas que son de origen natural, donde se estudia, por ejemplo, cómo esa molécula actúa para prevenir el cáncer o como analgésico, y se estudia entonces cómo sintetizar moléculas que se parezcan a eso.

El banco de datos ya está, es la propia naturaleza, lo que hay que hacer es inspirarse en ella, no solamente en términos de la síntesis, sino que también cómo interacciona, con qué receptores, si interacciona con una proteína, etcétera.

¿Cómo definiría a la fotoquímica, su principal área de investigación?

Es un área que está muy cerca de la físico-química, donde se evalúan y estudian aquellos procesos en los cuales las moléculas absorben fotones y cómo pueden producir reacciones químicas con esos fotones, o bien pueden dar colores y así utilizar esos colorantes para identificar o sensar distintas áreas en células biológicas.

Podemos sintetizar colorantes que vayan a distintas áreas, por ejemplo al núcleo, ya que en un microscopio de fluorescencia puedes mirar la célula y ver el núcleo, gracias a que tienes una molécula que es un colorante y emite una fluorescencia que podemos detectar. También podemos detectar metales, como calcio con un colorante que forme un complejo con calcio y que de un color determinado y gracias al espectrofotómetro, el que simula un ojo, podemos cuantificar cuánto se está formando, qué concentración hay.

¿En qué tipo de aplicaciones podemos ver presente a la fotoquímica?

Si hablamos, por ejemplo, de biomedicina, podemos colocar sondas que son fluorescentes y así detectar células que podrían ser cancerígenas, entonces la gracia es que la molécula, que es fotoquímica, actúa como un espía que te puede dar información en condiciones que no puedes verla. Estos detectores de fluorescencia son muy sensibles, entonces puedes obtener información muy rápidamente.

¿En qué investigaciones te has vinculado con la biomimética?

Un proyecto muy bonito, que se realizó en Canadá, tenía que ver con el desarrollo de protectores solares, los cuales nacen simulando la naturaleza, porque un protector solar es una molécula que absorbe la luz ultravioleta, que hace daño y que produce cáncer, y la devuelve en una forma que no sea nociva. En nuestro cuerpo nosotros tenemos protectores solares; el ácido urocánico, o las melaninas, que son los pigmentos mediante los cuales nos ponemos bronceados cuando nos exponemos al sol y que bloquean la luz ultravioleta para que no lleguen al ADN.

Lo que hacemos entonces es tratar de simular lo que está haciendo esa molécula en la naturaleza, con moléculas que podemos sintetizar en el laboratorio.

¿De qué forma la naturaleza está presente en la creación de instrumentación?

La forma más fácil de observar la vinculación entre la química y la biomimética, es a través de las herramientas que utilizamos, por ejemplo, los espectrofotómetros simulan o imitan lo que hacen los ojos. Nuestros ojos poseen fotoreceptores, que pueden detectar por ejemplo colores en una pintura, y si puedes ver cómo ese color desaparece en el tiempo, es porque tu ojo te está diciendo que ese colorante está degradándose. Lo que hacen los espectrofotómetros es lo mismo, lo hacen automatizadamente, con fotomultiplicadores (fotoreceptores), y con lámparas que iluminan las muestras que podemos analizar químicamente. Así podemos ver cuantitativamente la cinética de una reacción; cómo se va degradando o apareciendo un compuesto, o sea, seguir la reacción química en el tiempo.

Los fluorímetros, por su parte, lo que hacen es detectar los fotones que son emitidos como fluorescencia. Algunas moléculas son capaces de absorber la luz y emitir un fotón para decaer en el estado fundamental, esto no lo hacen todas las moléculas, sólo un tipo de moléculas que poseen determinadas propiedades químicas, esas moléculas son sondas que son fluorescentes. Entonces, en el florímetro detectamos esos fotones y podemos ver esa emisión fluorescente.

Algo que hacemos en el laboratorio es estudiar la cinética de reacciones químicas, a partir de mediciones espectrofotométricas gracias a que las moléculas absorben determinados colores. Por ejemplo, si tuviéramos un antibiótico que quisiéramos degradar para que, al desecharlo, no contamine el medioambiente, podríamos tratarlo con hipoclorito de sodio, que es el llamado “cloro” que compramos para desinfectar en la casa, y que es una metodología que se usa para degradar contaminantes. El espectrofotómetro nos ayuda a observar que la molécula se está efectivamente degradando, con la acción del hipoclorito, entonces podemos ver cuando deja de ser antibiótico para que podamos desecharlo en el medioambiente sin que sea nocivo.

Texto y fotos: Explora