Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales-Universidad Nacional de Río Cuarto
La química Melina Duque diseñó nanopartículas que pueden transportar medicamentos y proteger compuestos naturales. Es una versátil e innovadora metodología, con futuras aplicaciones médicas y farmacéuticas. Utilizó un material natural que se obtiene de las algas marinas
Fanny Melina Duque Lizarazo (33) creó nanopartículas con capacidad para transportar medicamentos y proteger compuestos naturales. Un desarrollo científico con impacto positivo en la salud y el ambiente, que le permitió obtener el título de doctora en Ciencias Químicas de la Universidad Nacional de Río Cuarto.
Sintetizó nanopartículas (partículas de tamaño nanométrico) a base de alginato, un material natural que se obtiene de las algas marinas, y que es ampliamente valorado por su biocompatibilidad, biodegrabilidad y baja toxicidad.
Estas nanopartículas pueden funcionar como “vehículos diminutos” capaces de transportar, proteger y liberar sustancias útiles, como fármacos o compuestos naturales beneficiosos, de manera controlada.
Para fabricarlas, utilizó un método innovador que emplea como molde un sistema autoensamblado llamado micelas inversas, que son como pequeñas gotas de agua formadas dentro de un líquido no polar. Dentro de esas gotas se forman las nanopartículas.
De esta manera, consiguió partículas muy pequeñas y uniformes, algo fundamental para su uso biológico o ambiental, donde controlar el tamaño y homogeneidad es crucial para el éxito de la aplicación.
Durante la investigación, estudió cómo distintas variables -tales como el tipo de detergente, la cantidad de agua o el tipo de solvente no polar- afectan el tamaño, la estabilidad y la carga eléctrica de las nanopartículas.
También evaluó su capacidad para encapsular, proteger y liberar moléculas modelos, como la curcumina -el compuesto activo de la cúrcuma, conocido por sus propiedades biológicas y farmacológicas-.
Los resultados demostraron que es posible controlar las propiedades de las nanopartículas, ajustando las condiciones de síntesis. Y, también, que el método desarrollado es versátil, reproducible y aplicable para encapsular distintos tipos de compuestos.
La investigación se enmarca un contexto en el que la nanotecnología viene dando un gran paso en el desarrollo de nuevos materiales capaces de satisfacer diversas necesidades tecnológicas y científicas, al centrarse en el diseño, síntesis y caracterización de materiales y dispositivos en la escala nanométrica de 1 a 100 nm. Es un campo en constante expansión, que ha permitido la creación de metodologías innovadoras para la fabricación y caracterización de nanomateriales con aplicaciones biotecnológicas, dando lugar a la nanobiotecnología.
Este trabajo representa un avance importante dentro del campo de los nanomateriales poliméricos. Lograr sintetizar nanopartículas de alginato mediante micelas inversas no es algo sencillo, ya que implica combinar química de coloides, polímeros y fisicoquímica de superficies en un proceso que busca usar materiales biocompatibles y métodos menos contaminantes.
La investigación aporta un nuevo enfoque metodológico que podría adaptarse para el transporte controlado y eficiente de medicamentos, compuestos naturales o incluso agroquímicos, contribuyendo así a un desarrollo científico con impacto positivo en la salud y el ambiente.
“Culminar este trabajo doctoral implicó un gran logro, tanto personal, como profesional. Refleja la capacidad de integrar teoría, experimentación y análisis crítico en un tema interdisciplinario de frontera, y reafirma mi compromiso con una ciencia rigurosa, creativa y con propósito”, sostuvo la doctora Melina Duque.
– Usted sintetizó partículas imperceptibles para el ojo humano, de tamaño nanométrico. Un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro.
– Sí, las nanopartículas son estructuras extremadamente pequeñas, cuando hablamos de nanómetros, nos referimos a una escala de 10-8 centímetros. Para tener una idea, el grosor de un cabello humano es aproximadamente 100.000 veces mayor que el diámetro de estas partículas. Trabajar en esta escala permite diseñar materiales con propiedades únicas, imposibles de lograr en dimensiones mayores.
– ¿Por qué son novedosas estas nanopartículas?
– Estas nanopartículas son novedosas porque fueron obtenidas mediante micelas inversas, un método poco explorado para la síntesis de nanopartículas biopoliméricas. Aunque existen antecedentes, mi investigación profundizó en cómo variables como el tipo de surfactante, la cantidad de agua y el tipo de solvente externo influyen en el resultado final. La metodología empleada permitió controlar a voluntad el tamaño de las partículas, algo muy difícil de lograr por otras metodologías.
– ¿Qué uso pueden tener?
– El uso potencial de estas nanopartículas es amplio, desde transportar y liberar medicamentos o compuestos naturales, hasta sensores para detectar sustancias en agricultura o medio ambiente.
Es importante destacar que el éxito de su aplicación radica fundamentalmente en el control del tamaño y las características de las nanopartículas, factores que fueron posibles de controlar en la tesis.
– ¿Tienen la capacidad de transportar fármacos? ¿Pueden viajar por el cuerpo humano?
– En esta etapa del trabajo no evalué directamente su capacidad de transporte en sistemas biológicos, pero sí estudié su capacidad para encapsular y liberar un compuesto bioactivo, con resultados muy prometedores. Esto abre la posibilidad de futuras aplicaciones médicas o farmacéuticas. En los ensayos realizados en la tesis, se evaluó su estabilidad en diferentes condiciones experimentales (pH, tiempo de almacenamiento, etc.), resultando las mismas aptas para futuras aplicaciones.
– ¿Por qué eligió el alginato?
– Elegí el alginato porque es un polímero natural ampliamente utilizado por su biocompatibilidad, biodegrabilidad y baja toxicidad. Además, posee una propiedad muy interesante, que es la de poder formar redes tridimensionales al interactuar con iones de calcio, como una especie de “caja de huevos”. Estas características lo convierten en un excelente candidato para ser usado en la síntesis de nanopartículas destinadas a aplicaciones biológicas o ambientales.
– ¿Qué son las micelas inversas?
– Las micelas inversas son estructuras autoensambladas que pueden imaginarse como pequeñas gotas de agua formadas dentro de un líquido no polar. Se forman gracias a moléculas llamadas surfactantes (también conocidas como detergentes o tensioactivos), que tienen en su estructura química una parte hidrofílica que “ama” el agua y otra parte hidrofóbica que la “evita”. Esta dualidad les permite a estas moléculas autoensamblarse en solventes adecuados.
– ¿Por qué las usó para la fabricación de estas nanopartículas?
– En mi trabajo, aproveché este sistema para que dentro de esas gotitas ocurriera la formación de las nanopartículas de alginato.
Lo interesante es que las micelas actúan como molde y reactor al mismo tiempo, lo que permite obtener nanopartículas muy pequeñas y uniformes. Esto es clave, ya que el tamaño y la forma influyen directamente en cómo se comportan en aplicaciones biológicas.
– ¿Esto es una innovación?
– Aunque existen estudios previos, mi trabajo es pionero en analizar cómo interactúan simultáneamente el tipo de surfactante, el solvente externo y el contenido de agua, lo que permitió mejorar el control sobre el proceso. Gracias a esta innovación, los resultados fueron publicados en revistas científicas de prestigio internacional, e incluso se destacó el trabajo como tapa en una de ellas.
– ¿Puede explicar en qué consiste el método desarrollado?
– Durante mi tesis desarrollé un método que permite controlar el tamaño, la estabilidad y carga superficial de las nanopartículas de alginato, ajustando variables como el tipo de surfactante, la cantidad de agua y el tipo de solvente no polar en la matriz (micelas inversas) que dio lugar a la formación de las partículas. Luego evalué su capacidad para encapsular, proteger y liberar moléculas modelo, como la curcumina, que es el compuesto activo de la cúrcuma, conocido por sus propiedades beneficiosas para la salud. Esta molécula tiene muy baja solubilidad en agua y se degrada fácilmente, lo que limita su aplicación en medicina. Sin embargo, al incorporarla dentro de las nanopartículas, se logró aumentar su solubilidad en agua y al mismo tiempo protegerla de factores externos, como la luz. De esta manera, el método no sólo permite fabricar nanopartículas, sino también ajustar sus características según la aplicación que se busque, lo que lo hace versátil y adaptable a distintos usos.
– ¿Logró un avance importante dentro del campo de los nanomateriales poliméricos?
– Sí, considero que sí. Lograr sintetizar nanopartículas de alginato dentro de micelas inversas es un avance importante ya que integra conocimientos de distintas áreas como la química de coloides, polímeros y fisicoquímica de superficies.
Además, se desarrolló una metodología más amigable con el medio ambiente y versátil, que podría aplicarse para el transporte controlado de medicamentos, compuestos naturales o agroquímicos, contribuyendo a un desarrollo científico con impacto positivo en la salud y el ambiente.
– ¿Usted está lanzada a indagar en un área de conocimiento aún inexplorada?
– Sí. Este trabajo se encuentra en un campo interdisciplinario y de frontera, donde se cruzan la química, la biotecnología y la ciencia de materiales. Aún queda mucho por descubrir sobre cómo controlar estos sistemas a escala nanométrica y cómo aprovecharlos para mejorar procesos biológicos o ambientales.
– ¿Cómo sigue su trabajo?
La idea es seguir evaluando las nanopartículas en sistemas biológicos, para comprender mejor su comportamiento en condiciones más cercanas a las reales y explorar su potencial como sistemas de liberación controlada de diferentes compuestos bioactivos.
Es de Colombia y se formó durante seis años en la UNRC
La química Melina Duque es colombiana y estuvo seis años en Río Cuarto como becaria en el IDAS – Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud UNRC CONICET-, donde realizó su tesis correspondiente al Doctorado en Ciencias Químicas, carrera de posgrado que dicta la Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales de la UNRC.
Integró el Grupo de Sistemas Organizados del Instituto. Y su trabajo final se titula: “Empleo de micelas inversas para la síntesis de nanopartículas biopoliméricas con potencial aplicación como nanovehículos”. La tesis fue dirigida por el doctor Darío Falcone, y codirigida por el doctor Mariano Correa, docentes investigadores de la Universidad Nacional de Río Cuarto.
“Actualmente vivo en Colombia, en la ciudad de Armenia. Estuve seis años en Río Cuarto, junto a mi esposo, quien también realizó el doctorado, y nuestra hija, que ahora tiene seis años. Resolvimos regresar. Fue una decisión familiar, consideramos que era momento de volver y continuar nuestro camino profesional aquí”, comentó la científica. Y agregó: “Estoy a la espera de resultados para iniciar un posdoctorado que me permita continuar con esta línea de investigación.
– ¿Cómo valora su paso por la UNRC?
– Fue una experiencia muy enriquecedora. Es una excelente institución, con docentes de gran nivel académico. Estoy muy agradecida con la universidad pública argentina por haberme recibido y brindado una formación de tan alta calidad, que me permitió crecer tanto profesional como personalmente.
– ¿Cómo ve a la ciencia de Argentina?
– Argentina tiene una comunidad científica fuerte y comprometida, con una educación pública de gran nivel. A pesar de las dificultades económicas, es admirable como los investigadores y las universidades públicas mantienen una producción científica sólida y continúan formando recursos humanos de excelencia. Esa vocación y resiliencia son, sin duda, uno de los mayores valores del sistema científico argentino.
Micelas inversas, herramientas valiosas
Las micelas inversas se destacan como herramientas valiosas, ya que ofrecen un entorno reactivo único que, en muchos casos, genera efectos catalíticos. Son sistemas organizados típicamente representados por una gota de tamaño nanométrico de un líquido polar encapsulado por una monocapa de surfactantes, uniformemente distribuida en una fase orgánica no polar. La interfaz de estos agregados ofrece un medio peculiar y único para que ocurran diferentes procesos e interacciones.
Por otro lado, las nanopartículas, se han convertido en candidatos prometedores para el desarrollo de vehículos destinados a compuestos bioactivos.
En particular, las nanopartículas poliméricas presentan mejoras significativas respecto del polímero nativo, evidenciando comportamientos distintos en la escala nanométrica comparada con escalas micro o macro. Esto ha motivado al diseño de metodologías para obtener nanotransportadores para la administración dirigida de fármacos, especialmente aquellos que combinan su uso como portador de fármaco, con materiales de origen natural, ofreciendo nuevas alternativas para optimizar o reemplazar los sistemas actuales. Entre los materiales naturales de interés se encuentran los biopolímeros, los cuales son no tóxicos, son biodegradables y abundan en la naturaleza.
El alginato es uno de estos biopolímeros y se utiliza ampliamente en aplicaciones farmacéuticas y biomédicas, debido a sus interesantes propiedades, como es su capacidad para entrecruzarse con cationes multivalentes.
En esta investigación de logró la síntesis de nanopartículas de alginato, utilizando micelas inversas como nanomolde, un método poco explorado, que permite obtener partículas de tamaño controlado y alta monodispersidad.
Las micelas inversas permitieron obtener nanopartículas de alginato de tamaño nanométrico y baja polidispersidad, con un control de tamaño logrado mediante la variación del contenido acuoso.
Se evidenció además que las propiedades interfaciales de las micelas inversas y la naturaleza del solvente externo influyen en el proceso de síntesis, generando diferencias en el entrecruzamiento entre el alginato y el cloruro de calcio en cada nanoreactor.
Los resultados obtenidos en este trabajo contribuyen significativamente al conocimiento sobre el uso de micelas inversas como nanoreactores para la síntesis de nanopartículas, y evidencian su potencial para el encapsulamiento y liberación de moléculas bioactivas como la curcumina.
Fuente: Prensa UNRC
