NANOPARTÍCULAS METÁLICAS FUNCIONALIZADAS QUE COMPRENDEN UN SISTEMA SENSIBLE A VARIACIONES DE PH, TEMPERATURA Y RADIACIÓN ULTRAVIOLETA-VISIBLE.

Nanopartículas metálicas funcionalizadas que comprenden un sistema sensible a variaciones de pH, temperatura y radiación ultra violeta-visible. La presente invención se refiere a la inmovilización de fragmentos moleculares con sensibilidad específica a temperatura, pH y radiación ultravioleta-visible (UV-visible), sobre la superficie de la nanopartícula metálica. La invención proporciona también métodos para la producción de nanopartícula funcionalizadas (por ejemplo, estabilizadas). Además, la presente invención puede proporcionar por ejemplo, monocapas de polímero derivado de la elastina auto-estructuradas (SAMs), donde la monocapa se forma sobre una nanopartícula metálica. Las nanopartículas pueden ser utilizadas como sensores multirespuesta para aplicaciones biomédicas. El termino metálico queda referido en este contexto como derivados de la síntesis de metales, óxidos metálicos y otras composiciones que contengan uno o varios metales. El término híbrido queda referido en este contexto como la asociación físico-química de un material o varios de origen inorgánico con un material o varios de origen orgánico. La mencionada asociación debe de ser conceptualizada como una unidad discreta que muestra una fusión sinérgica de las propiedades de los bloques constituyentes. Antecedentes de la invención El número creciente de artículos de investigación que describen el diseño y la síntesis de nuevas estructuras autoensambladas basadas en la combinación de nanopartículas metálicas y moléculas orgánicas refleja la importancia de esta asociación sinérgica de compuesto inorgánico-orgánico en relación a la producción de nuevos materiales híbridos interesantes para aplicaciones biomédicas y biotecnológicas que abarcan desde el campo de la biología hasta el terreno de la ingeniería de materiales. 17 El desarrollo de los primeros protocolos de síntesis de nanopartículas de oro ha permitido el estudio de la interacción metal-ligando necesario para estabilizar el metal nanoscópico y segundo para amplificar las propiedades físicoquímicas del agregado en vista a aplicaciones prácticas. 810 En particular, el estudio de la interacción entre polímeros derivados de la elastina (PDE) y nanopartículas de oro ha dado lugar a la creación de sensores y detectores. 11 Los PDE son biocompatibles y biodegradables. Esto supone una ventaja a la hora de su utilización en aplicaciones biotecnológicas. Los PDE están basados en sutiles modificaciones de la estructura original de la proteína elastina que exhiben los mamíferos superiores. 12 Además, el desarrollo de la ingeniería genética ha permitido la obtención de estos materiales como polímeros recombinantes. 13 Los PDE de naturaleza recombinante suponen una alternativa a protocolos tradicionales, generalmente complejos, donde parámetros como el peso molecular y la estructura (conectividad molecular) pueden ser controlados con incomparable precisión respecto a las técnicas de síntesis actuales. 14 Además, los PDE exhiben un comportamiento reversible de agregación-expansión de su estructura molecular en función de la variación de propiedades del medio como temperatura, pH, concentración iónica, entre otras. 15 Este auto-ensamblaje mostrado por los PDE en la fase condensada constituye uno de los factores más relevantes de la naturaleza inteligente atribuida a estos materiales. Propiedad explotada en la creación de nuevos artefactos basados en auto-ensamblaje de estructuras nanoscópicas. 16,17 La versatilidad de los PDE abarca también aplicaciones biomédicas. Recientemente han sido publicadas aplicaciones de PDE como vehículos de transporte y liberación controlada de fármacos. 14,18 De manera paralela, la conceptualización de plataformas de PDE han sido hasta la fecha, una contribución sustanciosa para el avance de la medicina regenerativa a nivel de control del crecimiento y proliferación celular para la creación y reparación de tejidos. 13 Los autores de la presente publicación ya han presentado el comportamiento inteligente de PDE funcionalizados con grupos fotocrómicos. La modificación de PDE con moléculas fotosensibles ha dado lugar a materiales sensibles a múltiples estímulos incluyendo sensibilidad a radiación UV-visible. 19 La radiación UV-visible puede inducir en materiales fotosensibles modificaciones de las propiedades moleculares de estos materiales, tales como la estructura electrónica, geometría, momento bipolar y polarizabilidad. 20 En este contexto, los compuestos fotocrómicos al ser expuestos a radiación UV-visible muestran un mecanismo de foto-isomerización que generalmente involucra isomerizaciones cis-trans, cicloadiciones, pasos de apertura o enlace de compuestos cíclicos o transferencia de protones o electrones, por ejemplo. 20 La literatura que describe la inmovilización de grupos fotosensibles sobre la superficie de nanopartículas que exhiben propiedades foto-físicas es muy escasa. En muchos casos las propiedades de fotocrómicas de los grupos fotosensibles se ven comprometidas por la distancia a la superficie metálica. 21 Por ejemplo, procesos de trasferencia de energía o de electrones en las proximidades de la interfase grupo fotosensible y superficie metálica nanoscópica pueden causar la extinción del comportamiento fotosensible de la asociación híbrida compuesto inorgánico-compuesto 2 ES 2 351 017 A1 orgánico. 22 Esto supone un retraso a la hora de diseñar artefactos manométricos sensibles a múltiples variaciones, como cambios de pH, temperatura y radiación UV-vis del medio. En particular, la investigación en el campo de materiales fotosensibles es de especial interés en el ámbito del desarrollo de sondas sensibles a estímulos luminosos para aplicaciones biomiméticas, tales como el diseño de membranas foto-funcionales, 23 el fotocontrol de la adhesión y la proliferación de células en cultivos in-vitro, 24,25 así como el desarrollo de procesos fotosintéticos artificiales. 26 La combinación de materiales fotosensibles con nanopartículas que exhiben propiedades foto-físicas reviste gran interés. Hasta la fecha, existe escasa bibliografía que asegure un entendimiento y dominio de la técnica de fusión de compuestos fotosensibles con nanopartículas metálicas para la creación de materiales avanzados. En este aspecto, los biomateriales inteligentes constituyen una posible aplicación para esta tecnología. Compendio de la invención La presente invención proporciona la primera preparación con éxito de nanopartículas fiincionalizadas (por ejemplo estabilizadas) con PDE sensibles a varios estímulos externos. Además, las nanopartículas de oro fiincionalizadas fueron obtenidas en una única etapa y en un medio homogéneo de un único disolvente. Simultáneo a la formación de las nanopartículas ha sido su funcionalización con materiales muí ti sensibles a variaciones de las propiedades del medio. El modo de realización preferido utiliza un PDE de origen recombinante que se une a la nanopartículas de oro a través de un enlace azufre-oro entre el PDE y la superficie de la nanopartícula. Las nanopartículas funcionalizadas exhiben respuestas cuantificables físicamente expresadas como resultado de cambios en la estructura de sus componentes moleculares que inducen modificaciones de la estructura de la fase condensada en función a variaciones de temperatura, pH y radiación UV-vis del medio. La Figura 1 muestra la secuencia del PDE modificado de origen recombinante utilizado en el modo preferido de realización para funcionalizar las nanopartículas. Su estructura incluye la siguiente secuencia aminoacídica: C-[(VPGVG)2(VPGEpho0.5G)(VPGVG)2]15 Donde las letras C, V, P, G, E corresponde con los aminoácidos cisteína, valina, prolina, glicina y ácido glutámico, respectivamente. El subíndice pho0.5 indica que el 50% de los aminoácidos E (ácido glutámico) se encuentran funcionalizados covalentemente con una molécula fotocrómica. La Figura 2 muestra un ejemplo esquemático de la foto-isomerización (cis-trans) del grupo fotosensible incluido en la estructura del PDE en función de la radiación incidente. De manera esquemática únicamente ha sido dibujado el pentapéptido (VPGE pho0.5G) donde las letras V, P, G, E corresponden con los aminoácidos valina, prolina, glicina y ácido glutámico, respectivamente. El subíndice pho0.5 indica que el 50% de los ácidos glutámicos se encuentran funcionalizados covalentemente con una molécula fotocrómica que coincide con la preferida en el método de realización, por ejemplo, la molécula de azobenzeno. La Figura 3 muestra una micrografía de transmisión de electrones (TEM) de nanopartículas de oro funcionalizadas con el PDE (oro-PDE) utilizado en el modo preferido de realización. La barra de escala representa nanómetros. La Figura 4 muestra el espectro de infrarrojos (FT-IR) de... [Seguir leyendo]

una monocapa unida químicamente al citado núcleo, la cual está formada por moléculas que producen complejos de inclusión y un PDE modificado que contiene grupos que muestran sensibilidad a la temperatura, pH y foto-excitación. 2. Una nanopartícula según la reivindicación 1, donde el núcleo comprende o consiste en un metal o metales seleccionados entre plata, cobre, platino, cobalto, hierro. 3. Una nanopartícula según la reivindicación 1, donde el núcleo es oro. 4. Una nanopartícula según las reivindicaciones precedentes, donde el grupo fotosensible es azobenzeno. 5. Una nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el grupo fotosensible esta unido al núcleo por una fracción de PDE. 6. Una nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el PDE muestra una secuencia aminoacídica del tipo VPGXG, donde X puede corresponder con cualquier aminoácido. 7. Una nanopartícula según las reivindicaciones precedentes donde el grupo fotosensible forma complejos de inclusión sobre la superficie del núcleo. 8. Una nanopartícula según las reivindicaciones precedentes donde la monocapa de ciclodextrinas inmovilizadas sobre la superficie del núcleo permite la inclusión de los grupos fotosensibles en su interior formando complejos de inclusión. 9. Una nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la formación de complejos de inclusión responsables del desacoplamiento del comportamiento fotocrómico de los grupos fotosensibles tiene lugar únicamente y exclusivamente sobre la superficie de la nanopartícula. 10. Una nanopartícula según las reivindicaciones precedentes donde no es necesario el uso de agentes de transferencia de fase durante su síntesis. 11. Una nanopartícula según las reivindicaciones precedentes donde su síntesis tiene lugar en un medio único, homogéneo y acuoso. 12 Una nanopartícula según las reivindicaciones precedentes donde el agente estabilizador de las nanopartículas corresponde con un PDE. 13. Una nanopartícula según las reivindicaciones precedentes donde el agente estabilizador de las nanopartículas, por ejemplo PDE evita la agregación de las nanopartículas de forma irreversible durante su síntesis. 14. Una nanopartícula según las reivindicaciones precedentes donde el agente estabilizador de las nanopartículas (por ejemplo el PDE) promueve la agregación de las nanopartículas de forma reversible en función de la temperatura del medio. 15. Una nanopartícula según las reivindicaciones precedentes donde el agente estabilizador de las nanopartículas, por ejemplo PDE promueve la agregación de las nanopartículas de forma reversible en función del pH del medio. 16. Una nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde el núcleo tiene un tamaño de 500 nm o inferior, preferiblemente entre 1 y 10 nm y mas preferiblemente entre 1 y 3 nm. 17. Un método para producir una nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores hasta la presente, incluye las siguientes etapas: Disolver HAuCl4 en agua Añadir a una disolución acuosa de PDE Agitar Añadir agente reductor 11 Agitar Añadir disolución acuosa de ciclodextrina tiolada Agitar Purificar mediante diálisis ES 2 351 017 A1 Aislar el producto mediante evaporación del agua (por ejemplo liofilización). 18. Un método para producir un sistema multirespuesta a variaciones del medio que module amplificando o disminuyendo la absorción de radiación UV-vis, que consiste en: a) disolución de las nanopartículas funcionalizadas oro-PDE-CD en agua a una concentración adecuada con la instrumentación de medida espectroscópica de absorción de radiación UV-vis b) excitación mediante radiación UV-vis de la disolución de nanopartículas funcionalizadas en función de la temperatura, pH, longitud de onda de la radiación incidente y de la ausencia (oscuridad) o presencia de luz visible. 12 ES 2 351 017 A1 13 ES 2 351 017 A1 14 ES 2 351 017 A1 ES 2 351 017 A1 16 ES 2 351 017 A1 17 ES 2 351 017 A1 18 ES 2 351 017 A1 19 ES 2 351 017 A1 ES 2 351 017 A1 21 ES 2 351 017 A1 22 ES 2 351 017 A1 23 ES 2 351 017 A1 24 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA