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El estudio de la quiralidad en las nanopartículas metálicas es fundamental para comprender el proceso de reconocimiento molecular quiral. En un nuevo trabajo realizado por investigadores de la UNAM, entre los que se encuentran académicos del Instituto de Física (IF), se ha determinado de manera teórica y experimental la conformación de adsorción de la cisteína unida a plata, oro y cobre, lo que ha permitido demostrar, de manera novedosa, las similitudes y diferencias de las nanopartículas sintetizadas con estos tres metales.

Con este trabajo ha sido posible describir la conformación de complejos a partir de la unión de una molécula orgánica con un metal, mediante la combinación de metodologías teóricas y experimentales. Específicamente, se realizó la síntesis de las nanopartículas funcionalizadas utilizando hidrólisis asistida por microondas, y posteriormente la microscopía electrónica de transmisión de alta resolución y la espectroscopía Raman para su caracterización experimental. Por otro lado, los métodos teórico-computacionales utilizados fueron de última generación basados en la teoría de funcional de la densidad.

“La relevancia científica de este trabajo tiene que ver con tratar de entender a nivel microscópico, y desde el punto de vista de la física, qué se entiende por reconocimiento molecular quiral, en términos generales,” mencionó el Dr. Ignacio Luis Garzón Sosa, del Departamento de Sistemas Complejos del IF y líder de este trabajo. “En términos específicos, se trata de encontrar dónde se tiene un mejor reconocimiento molecular quiral en función del tipo de átomos: oro, plata o cobre, que constituyen las nanopartículas funcionalizadas. Para ello, se calcula la energía de adsorción de la cisteína -uno de los 20 aminoácidos- en diferentes sitios de la interfase de la nanopartícula metalíca y así se puede elegir que metal se puede utilizar para optimizar el reconocimiento molecular quiral.”

El estudio demostró que cada uno de los metales permite que el complejo tenga características particulares, resultado de los tipos de enlaces por parte de los grupos tiol, carboxilo y amino. Sin embargo, aunque los mecanismos de adsorción y la configuración de interfase son similares en los tres metales, existen variaciones debido a la diferente conformación de los 3 grupos funcionales de la cisteína.

“En este trabajo, parte de lo que nos interesaba ver era cómo la diferente naturaleza de los metales tiene influencia sobre la quiralidad y en general la configuración de adsorción del sistema,” mencionó la Dra. Penélope Rodríguez Zamora, investigadora posdoctoral del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) de la UNAM y primera autora de este artículo. “Por la naturaleza de los metales podemos encontrar cierta tendencia experimental que coincide con la tendencia teórica y eso es lo que se analizó.”

El artículo tiene como autores a investigadores del IF, entre los que están el Dr. Garzón Sosa, así como el Dr. Jonathan Casildo Luque-Ceballos, la Dra. Rodríguez Zamora y el Dr. Alejandro Heredia Barbero, ambos investigadores del ICN, el Dr. Fernando Buendía, quién fue investigador posdoctoral en el IFUNAM, y los estudiantes Cédric A. Cordero Silis, y Jorge Fabila. Cabe destacar que la línea de investigación sobre el reconocimiento molecular quiral comenzó desde 2017, resultando una trilogía de trabajos publicados por este equipo desde el año 2020.

El estudio de la adsorción de la cisteína con las tres nanopartículas metálicas, además de haber sido realizado en su totalidad por personal académico adscrito a esta Universidad, así como utilizando los laboratorios y recursos materiales presentes en las instalaciones de esta, fue publicado, incluyendo la portada principal, en la revista LANGMUIR, especializada en trabajos que describen las propiedades de las interfases.

Además, aunque el sistema que resulta de la cisteína con el metal ha sido estudiado de manera amplia con el oro, poco se había trabajado con plata y cobre, a pesar de que estos dos últimos metales son muy utilizados en nanociencia, ya que exhiben propiedades químicas similares que los hacen candidatos óptimos para su uso extendido.

Como lo mencionan los autores, el trabajo realizado con la cisteína resulta de particular interés por su capacidad de estabilización y por las posibilidades de una síntesis biocompatible, simple y económica. Esto, a su vez, abre posibilidades para usos potenciales en aplicaciones médicas, como podría ser en el estudio del Alzheimer.

El grupo de trabajo seguirá impulsando proyectos experimentales que utilicen metodologías teóricas de última generación para retroalimentarse. Además, en el futuro, esta línea de investigación buscará describir las propiedades físicas de las moléculas que resulten de la unión de un glutatión y el oro, mismas que pueden tener relevancia en la nanomedicina, y en otras áreas de investigación químico-biológicas. “Lo que queremos seguir estudiando es la función antioxidante de la cisteína y el glutatión, aislados y en interacción con nanopartículas metálicas.” mencionó el Dr. Casildo Luque-Ceballos.

“Las nanopartículas metálicas funcionalizadas con aminoácidos están en la misma escala nanométrica que otros sistemas biológicos, como las proteínas o el ADN, y lo que analizamos es la interacción metal-aminoácido con miras hacia las potenciales aplicaciones. Si nos centramos en el tema de la quiralidad, este estudio también tiene relevancia con relación al origen de la homoquiralidad biológica y al origen de la vida” mencionó la Dra. Rodríguez Zamora. “Uno de los puntos esenciales que le da relevancia a nuestro trabajo es tratar de entender el origen de la quiralidad, la fenomenología de la transferencia de quiralidad, de amplificación de información quiral al nivel de la nanoescala, que es el mismo que se ve en las biomoléculas.”

Finalmente, este trabajo es relevante cuando se considera que apenas hace poco más de dos décadas se obtuvo evidencia experimental de la quiralidad en nanopartículas de oro cubiertas con ligandos orgánicos, para luego dar paso al sustento teórico de la existencia de nanopartículas metálicas quirales.