Un nanodiamante es un diamante cuyas dimensiones externas están dentro del intervalo 1-100 nanómetros (1 nanómetro equivale a una mil millonésima parte de un metro). Los nanodiamantes, al igual que los diamantes, están compuestos por átomos de carbono colocados en una red cristalina (una estructura cúbica centrada en las caras, con la mitad de los huecos tetraédricos ocupados por átomos de carbono).
Todos los cristales de diamante presentan fluorescencia inducida por la luz ultravioleta (UV), pero para algunas aplicaciones es necesario que también sean fluorescentes en el visible (VIS), para poder monitorizar el trayecto de estas nanopartículas y comprobar si efectivamente son capaces de alcanzar al punto diana y llegar, por tanto, a su meta. ¿Cómo se consigue que sean fluorescentes en ese rango VIS entre 400-700 nanómetros? Para ello hay que jugar con su estructura química, de tal modo que si se introducen defectos (modificaciones) en la red cristalina de la nanopartícula, se puede conseguir que varíen algunas de sus propiedades, como la fluorescencia o, por ejemplo, que sean químicamente activas frente a otras moléculas destinadas como fármacos.
Los cristales de diamante presentan fluorescencia inducida por la luz ultravioleta
Recientemente se ha publicado un interesante estudio donde se han utilizado nanodiamantes fluorescentes para monitorizar células madre, logrando introducir células madre con nanodiamantes en pulmones de ratones. Esta novedosa técnica permite realizar un seguimiento en directo de la regeneración de células madre en el tejido pulmonar; así como estudiar y comprender la absorción y regeneración de éstas, célula a célula.
En Bélgica se está investigando el papel de nanodiamantes fluorescentes en la detección del cáncer, ya que se ha observado que los nanodiamantes poseen la habilidad de penetrar en la membrana celular individualmente sin dañar la célula, permanecer en su interior sin obstaculizar la función celular y cambiar las propiedades magnéticas y fluorescentes basándose en su interacción con el medio celular. Las nanopartículas empleadas, además, tienen la habilidad para “sentir” la presencia de biomoléculas (desde proteínas hasta ADN) y podría hacerlas muy apropiadas para el diseño de nuevas sondas biosensoras.
De manera similar, se han empleado nanodiamantes para combatir las leucemias quimiorresistentes. De este modo, se espera reforzar la aplicación del fármaco daunorrubicina (DNR) contra la leucemia y ampliar su retención en las células cancerosas. Este fármaco se enlaza a nanodiamantes de entre 2 y 8 nm. de diámetro y estos híbridos consiguen introducirse en las células cancerosas, así como mantener el fármaco en el interior celular. Además, debido a su diminuto tamaño y a las cualidades de la superficie, los nanodiamantes pueden ser liberados dentro del cuerpo humano sin el peligro de bloquear ningún vaso sanguíneo, incluidos los capilares.
Nanodiamantes para combatir las leucemias quimiorresistentes
Por otro lado, se han utilizado nanodiamantes para el suministro muy localizado y preciso de insulina, donde se observó que los enjambres de nanodiamantes portadores de insulina podrían ser aplicables en la curación de heridas, integrándose en material de sutura, pomadas, vendajes y/o geles. Los investigadores comprobaron que la insulina, firmemente unida a los nanodiamantes, se libera cuando encuentra un pH alcalino como el observado en heridas infectadas por bacterias (significativamente mayor que el nivel de pH fisiológico de 7,4). La insulina estimularía la proliferación y división de células, restaurando el flujo de sangre en la herida y suprimiendo la inflamación, a la vez que combate la infección.
En otro interesante estudio se prepararon lentes de contacto con nanodiamantes embebidos para mejorar el tratamiento contra el glaucoma. El glaucoma es una dolencia ocular que puede dañar el nervio óptico y acabar provocando ceguera. Los nanodiamantes se enlazaron a moléculas del fármaco timolol oftálmico, que se utiliza comúnmente como agente activo en las gotas para los ojos destinadas a mantener bajo control al glaucoma. De este modo, se hace posible que el medicamento se libere poco a poco en el ojo, durante un largo período de tiempo.
Para finalizar, un estudio acerca de la síntesis y caracterización de un nuevo material híbrido biocompatible de nanodiamante-seda. Los nanodiamantes se añadieron a películas de fibroina de seda, la cual no provoca reacción inflamatoria, no es tóxica y no deja restos pasadas dos semanas. Este nuevo material híbrido podría utilizarse para enviar antibióticos contra una infección en un área determinada, minimizando la exposición del paciente y permitiendo un mejor control de la dosis a administrar. Completamente individualizado y personalizado.
¿Se les puede pedir más a los nanodiamantes? ¿No os fascinan casi tanto como a Audrey Hepburn el escaparate de Tiffany’s? :-)
Nota: Esta entrada participa en la LIV edición del Carnaval de Química, Edición Xenón, cuyo blog anfitrión es SiempreConCiencia de @MartaI_Soria.
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¡Muchísimas gracias!
«La Química en el siglo XXI» | Dr. Justo Giner Martínez-Sierra