Categoría: #CienciaCotidiana

Dra. Cecilia Mendive, Dra. Sandra Churio, Lic. Priscila Gigena Carvalho
Investigadoras del Grupo “Fisicoquímica de Sistemas de Interés Ambiental” – Depto. de Química y Bioquímica – IFIMAR (FCEyN-UNMdP – CONICET)

El Nobel 2025 fue entregado a Susumu Kitagawa, Richard Robson y Omar Yaghi por el desarrollo de armazones metaloorgánicos (MOFs).

¿Qué son los MOFs?

Los armazones metalorgánicos (MOFs, por sus siglas en inglés) son moléculas orgánicas que se autoensamblan junto con metales y forman una estructura cristalina, o sea, un sólido, pero muy poroso, con cavidades que tienen un orden de largo alcance y que definen una estructura cristalina. Esas cavidades, en realidad, son las que están ordenadas en el espacio tridimensional y son enormes respecto de cavidades en los sólidos en general. Esto quiere decir que puede entrar una molécula entera, por ejemplo, o, si la molécula es pequeña, como la del agua, la del metano o del dióxido de carbono, pueden entrar varias en esas cavidades. Por supuesto que dependiendo de qué MOF estemos hablando, las cavidades pueden variar su tamaño. Esa es una de las principales características de estos tipos de materiales. Además, son estructuras autoensambladas, lo que las hace ideales para la síntesis química: se agregan los precursores que van a generar esta estructura y por su cuenta se acomodan y dan la estructura. Esa es otra ventaja de este tipo de materiales, porque, por lo general, estos procesos de síntesis en química suelen ser desde fáciles a engorrosos, o requieren una coordinación muy fina de las condiciones de trabajo.

¿Qué potencialidad tienen?

La posibilidad de combinar metales con ligandos orgánicos da un amplio abanico de materiales posibles, que además son muy versátiles, porque dependiendo de qué metal y qué ligando orgánico se combinen, tendrán distintas propiedades. Pero, en todos los casos, tenemos esa alta porosidad que hace que funcionen como esponjas y puedan alojar un montón de otras sustancias y de ahí desarrollar las aplicaciones. Un MOF típico tiene una superficie que puede llegar a ser de 6.000 metros cuadrados por gramo de material, lo cual habla de una capacidad enorme de esos poros y cavidades para actuar en distintas aplicaciones, porque esas superficies pueden catalizar, se puede seleccionar materiales que se van ocluyendo en esas porosidades, etc. Y de ahí vienen todas las aplicaciones que pueden incluir la medicina, actuando como transportadores de drogas, así como funcionar como catalizadores, es decir, sustancias que aceleran una reacción, o como purificadores de contaminantes que pueden estar dispersos en un sistema acuático para almacenar gases tóxicos.

El trabajo en la FCEyN

El GIFSIA (Grupo de Investigación en Fisicoquímica de Sistemas de Interés Ambiental) viene de muchos años de trabajar el tema de los fotoprotectores solares, fotoprotectores ultravioleta, y encontró una problemática ambiental muy relevante, que es el uso de los fotoprotectores orgánicos sintéticos, que resultan ser nocivos para los sistemas acuáticos, ya que presentan un compuesto llamado benzofenona-3. En este sentido, se pensó en utilizar los MOFs como recursos para tratar esa problemática y ver qué interacciones tiene con esas benzofenonas, cómo confinarlas dentro de los poros que se mencionaron y aprovechar esa propiedad de la alta superficie que tienen. En este caso, en el GIFSIA se trabaja con el CIF-8, que es un tipo de MOF de zinc con una superficie de alrededor de 1000 metros cuadrados por gramo, y se emplea para alojar benzofenona tanto en sus cavidades como en sus superficie, mientras se estudia qué propiedades tiene una vez que se confina, y si, a pesar de mantener sus propiedades, sirve como para decontaminar ambientes.

Dr. Ignacio García-Mata
Investigador del Instituto de Investigaciones Físicas de Mar del Plata, IFIMAR (FCEyN-UNMdP – CONICET)

En este 2025, el premio Nobel de Física fue para los científicos John Clarke, Michel Devoret y John Martinis y se entregó por el descubrimiento del efecto túnel macroscópico en un circuito eléctrico.

¿Qué es el efecto túnel?

El efecto túnel se produce en mecánica cuántica cuando aparece una barrera física, que se llama de potencial, que se puede imaginar como si hubiera una pared. Si se tira una pelota contra la pared, la pelota rebota. En mecánica cuántica esto no sucede así. Si se tiene una partícula, por ejemplo, un electrón, hay una probabilidad distinta de cero de que la partícula atraviese esta pared, sin necesidad de impartirle una energía más alta que la necesaria para atravesarla. Eso es esencialmente el efecto túnel, y se puede calcular la probabilidad con la que esa partícula se puede encontrar del otro lado de la barrera de potencial. En términos clásicos sería como pensar que la pelota está del otro lado sin romper la pared.

¿Qué pasa cuando hablamos de algo más grande que un electrón?

Que esto sucede a nivel de una partícula se sabe y se comprobó hace muchos, muchos años. Desde el inicio de la mecánica cuántica se sabía que tenía que pasar. Después surgieron estudios de otros estados de la materia dados por la mecánica cuántica, como los condensados de Bose o los superconductores, en donde la materia se comporta de manera aún más rara, y se puede tener muchísimas partículas en un solo estado cuántico que se comportan colectivamente como una sola cosa.

En un superconductor, lo que ocurre es que los electrones, que normalmente se repelen porque todos tienen la misma carga negativa, pueden formar pares por comportamientos propios del sistema. Y, cuando pasa esto, dejan de comportarse como fermiones (uno de los dos tipos básicos de partículas elementales que existen en la naturaleza), que tienen una determinada estadística, y pasan a comportarse como bosones (el otro tipo de partícula elemental). Al pasar de ser fermiones a bosones, estos pares de electrones son como una sola partícula, y se aglutinan de manera de estar todas en el mismo estado cuántico, en un gran estado cuántico, que es este superconductor. Este estado puede tener un número macroscópico de partículas, y esto es lo raro: que millones de partículas puedan atravesar una barrera por efecto túnel. Además, lo que demostraron estos investigadores es que los estados de energía están cuantizados, son discretos. Mostraron que, irradiando con microondas la muestra del conductor, absorbía energía en niveles discretos. Y eso también fue interesante, ya que es un efecto esperable solo a niveles cuánticos pero no macroscópicos.

Perspectivas futuras

Este descubrimiento fue importante para lo que siguió, en términos temporales, que son todas las aplicaciones generadas a partir del surgimiento de lo que ahora se llama información cuántica o computación cuántica, que tuvo un auge muy importante a partir de 1994, con primer algoritmo de computación cuántica, el algoritmo de Shor, que cambió la clase de complejidad de un problema complejo a un problema no tan complejo, si se tuviera una computadora cuántica grande. Si bien el desarrollo de este tipo de sistemas presenta ciertas dificultades técnicas, ya que son muy sensibles a la interacción con el medio ambiente y requieren de un crióstato que mantenga temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto (casi 273 grados centígrados bajo cero), si las computadoras cuánticas avanzan lo que se espera que avancen, va a haber otro premio Nobel relacionado con la implementación de estas tecnologías.

Dra. Andrea Cumino
Directora del Grupo “Bioquímica, Inmunología y Parasitología Molecular” – IIPROSAM (FCEyN-UNMdP – CONICET)
Profesora de las asignaturas “Inmunología” y “Psicoinmunoneuroendocrinología”

Este año, el premio fue otorgado a tres especialistas, Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell y Shimon Sakaguchi, que describieron, en 2004, una nueva función celular en el sistema inmune: los linfocitos T (LT) regulatorios, responsables de evitar que las células inmunitarias ataquen a los propios tejidos y dañen al organismo.

De esta forma, se introduce un nuevo concepto en Inmunología: la tolerancia inmunológica periférica.

¿Cómo funciona el sistema inmune?

El sistema inmune identifica estructuras moleculares diferentes a las células propias sanas y ataca, induciendo la muerte de bacterias, hongos y eliminación de virus que invaden el organismo. Pero, además, protege de ese ataque a las células propias sanas. En casos en que el sistema inmune dañe por error a las células propias sanas, causará una “enfermedad autoinmune” como la celiaquía, lupus, artritis reumatoidea, dermatomiositis, hepatitis autoinmune, entre otras.

Diferenciar lo propio de lo no propio es una misión de los linfocitos, y para esto poseen un sensor que se activa al unirse a estructuras extrañas, lo que permite iniciar el ataque inmunológico. Este “aprendizaje” para distinguir estructuras está a cargo de linfocitos T regulatorios centrales, y el proceso se conoce como Tolerancia Inmunológica Central. Pero siempre se generan, en bajo porcentaje, linfocitos que reconocen estructuras propias, los linfocitos autorreactivos, que generan daños en tejidos sanos. El descubrimiento que valió el Nobel tiene que ver con la descripción de otros LT regulatorios, hasta ahora desconocidos, llamados periféricos, que reconocen a los LT autorreactivos y los matan en cualquier parte del organismo.

Perspectivas futuras

Estos descubrimientos han sido decisivos para la comprensión de cómo funciona el sistema inmunológico y por qué no todas las personas desarrollan enfermedades autoinmunes graves. Sus investigaciones permiten identificar estos LT regulatorios periféricos y controlar su desarrollo en tratamientos para el cáncer y las enfermedades autoinmunes, los cuales se encuentran actualmente en fase de ensayos clínicos y en los cuales nuestro país participa activamente a través de diferentes centros médicos.

La identificación funcional de estas células T regulatorias reenfocó las capacidades del sistema inmune y su control. Las personas con enfermedades autoinmunes poseen menor número y/o funcionalmente defectuosos los LT regulatorios, lo que lleva a que el sistema inmune dañe sus tejidos sanos. En estos casos, el tratamiento intenta expandir o potenciar los LT regulatorios periféricos.

En el caso de pacientes con tumores, el mapeo celular en el ambiente tumoral muestra que éstos pueden atraer un gran número de LT reguladores para evitar que el sistema inmune los ataque y así seguir creciendo y expandiéndose por el organismo. Por lo tanto, se buscan formas de desmantelar esta barrera de células T reguladoras para que el sistema inmunitario pueda acceder a los tumores e inhibir su desarrollo.

Estos hallazgos han aportado un altísimo beneficio a la humanidad, y el reconocimiento con este premio está cargado de evidencias reales del impacto sobre la salud humana.