Hidrogeles supramoleculares peptídicos para la obtención de materiales multicomponente con aplicaciones tecnológicas

Abstract

Los hidrogeles supramoleculares formados por péptidos cortos han ido ganado un creciente interés en la comunidad científica desde hace unos 20 años. Este hecho se debe, principalmente a que, al estar formados por moléculas presentes en los organismos vivos, presentan unas grandes características de biocompatibilidad y biodegradabilidad, siendo adecuados para uso con fines terapéuticos y biomédicos. Sin embargo, si hay una característica que los hace aún más interesantes es su versatilidad desde el punto de vista químico, dado que pueden adaptarse sus propiedades seleccionando diferentes aminoácidos que incorporen al esqueleto peptídico todas las propiedades deseadas para el material final, desde interacciones hidrofóbicas (aminoácidos aromáticos) a totalmente hidrofílicas (aminoácidos polares), así como la introducción de grupos de anclaje para distintos componentes, como las nanopartículas metálicas (metionina o cisteína). Esta gran variedad y adaptabilidad ha hecho que sus campos de aplicación se amplíen también hacía otros menos intuitivos como la electrónica molecular. Así, este trabajo emplea la versatilidad de estos hidrogeles para desarrollar nuevos materiales multicomponente, abriendo nuevas fronteras de aplicación. El capítulo 3 desarrolla la aplicación de hidrogeles peptídicos en el recubrimiento de nanotubos de carbono y nanoláminas de grafeno para estudiar las propiedades del efecto de filtrado de espín inducido por quiralidad (CISS, por sus siglas en inglés) en estos sistemas. Así, se logran resultados muy prometedores para la aplicación de estos materiales híbridos en el campo de la espintrónica. El capítulo 4 estudia la posibilidad de utilizar estos hidrogeles como plantilla de crecimiento de cristales inorgánicos, en este caso metal-organic frameworks (MOFs), con el objetivo de desarrollar nuevas familias de MOFs integrados con biomateriales o bio-MOFs. Así, se han conseguido desarrollar dos nuevas familias de bio-MOFs, una basada en ZIF-8 y la otra en MOF-808. Además, como prueba de concepto se ha utilizado esta última en la eliminación de fosfatos de ambientes acuosos, donde pueden provocar graves problemas medioambientales como la eutrofización. Así como en la degradación de un pesticida de fósforo, el metilparaoxón, que es altamente tóxico, consiguiendo transformarlo en dos componentes menos dañinos, el 4-nitrofenol y el dimetilfosfato, con un mayor rendimiento que la contraparte sin biopolímero. El capítulo 5 emplea la capacidad de estos hidrogeles para coordinarse con distintos cationes metálicos y poder utilizarlos como plantilla para la formación de nanopartículas plasmónicas de plata y oro. Se sigue un protocolo de química verde en el que no se usan reductores externos, sino que el hidrogel actúa como agente protector y reductor de las nanopartículas. También se ha desarrollado un material compuesto de varios geladores que consigue una mayor biocompatibilidad. Estos hidrogeles han demostrado tener además una gran capacidad antimicrobiana, siendo activos ante bacterias Gram-positivas, Gram-negativas y hongos. Además, han demostrado tener bastante eficacia frente a biofilms polimicrobianos. Habiéndose probado también en sistemas in vivo y habiendo conseguido buenos resultados de cicatrización y tratamiento de heridas infectadas con Staphylococcus aureus. Por último, el capítulo 6 emplea algunos de los hidrogeles híbridos desarrollados en los tres capítulos anteriores como medio de crecimiento de cristales de proteína compuestos. Así, se ha conseguido un material sólido de estudio de efecto CISS por la obtención de cristales de lisozima en hidrogeles dopados con nanotubos de carbono. También se han desarrollado cristales de lisozima dopados con nanopartículas de plata y oro en un hidrogel diseñado para proteger las nanopartículas durante el crecimiento de los cristales proteicos, abriendo la puerta al empleo de estos sistemas en aplicaciones de antibacterianas de amplio espectro. Por último, se han obtenido cristales de proteína de tamaño controlado para su dopaje con paladio y su empleo como catalizadores en química bioortogonal, con resultados prometedores para su uso como implantes en sistemas in vivo.