Diamantes para medir el interior de las células

La película “Diamantes para la eternidad” fue la sexta y última película del famoso espía británico James Bond protagonizada por Sean Connery. En este filme, el villano Ernst Stavro Blofeld trataría de utilizar diamantes para construir un arma láser espacial. Ni que decir tiene que el plan se ve truncado por el agente del MI6, que se hace pasar por un contrabandista de diamantes. Pero volviendo a la premisa de la película: diamantes y láseres ¿Podrían estos materiales utilizarse para ahondar en el conocimiento científico sobre una materia? Un equipo de investigadores de la Technical University de Dinamarca cree que sí, y ha propuesto un método para medir el interior de las células mediante nanodiamantes fluorescentes.

Claro cristalino

Para comprender cómo funcionan los nanodiamantes fluorescentes primero se ha de entender qué es un diamante y, para ello, lo mejor es hablar de redes cristalinas. Una red cristalina es una estructura formada por átomos y/o moléculas que se repiten siguiendo un patrón. La sal común es un claro ejemplo de una de estas redes y es fácilmente observable mediante un sencillo experimento. Si tenemos un vaso con una disolución de agua y sal a la intemperie en un día seco de verano, el agua irá poco a poco evaporándose. Debido a esta evaporación, la cantidad de líquido irá disminuyendo y, por tanto, la concentración de sal en dicho líquido será cada vez mayor. Cuando la concentración de sal supere aproximadamente 350g por litro de agua, observaremos una situación muy interesante, la sal comenzará a cristalizar en las paredes y el fondo del vaso. Si hemos introducido algún objeto en el vaso, este también quedará completamente recubierto por la sal.

Al examinar los cristales nos daremos cuenta del patrón que hemos nombrado: la sal cristaliza en estructuras cúbicas. Para comprender por qué, hemos de observar el material a una escala muy pequeña y descifrar la red cristalina del cloruro de sodio. A nivel molecular, cuando satura una solución de cloruro de sodio en agua, los átomos de cloro, que tienen una carga eléctrica negativa, tienen a repelerse entre ellos y a atraer al sodio, que tiene una carga positiva. La estructura más estable para el cloro es estar rodeado por 6 sodios, y la del sodio estar rodeado por 6 cloros, es decir, que formará un empaquetamiento cúbico. Si se les deja suficiente tiempo, la sal irá ordenándose poco a poco formando cubos cada vez más grandes hasta que sean observables por el ojohumano.

Diamantes para la ciencia

En los diamantes sucede algo similar, pero con átomos de carbono. Su estructura también es cúbica, pero en una estructura denominada “red de diamante” que le confiere tanto sus propiedades ópticas como su excepcional dureza. Ahora bien, al fabricar diamantes se pueden añadir impurezas que permitan cambiar estas propiedades por otras más útiles para llevar a cabo un experimento. Estos defectos en la red cristalina se suelen crear intercambiando un átomo de carbono por uno de nitrógeno, aunque se pueden utilizar otros elementos de la tabla periódica. Y, además, se pueden añadir sustancias orgánicas a la superficie del diamante para que presente fluorescencia o para que se adhiera a una estructura celular interesante para el estudio.

Los diamantes en un rango entre 4 y 6 nanómetros, cientos de miles de veces menores que un milímetro, son biocompatibles, es decir, que no afectan a las células si son introducidos dentro de ellas. Gracias a esta biocompatibilidad, se pueden realizar experimentos que permitan medir las propiedades de ciertas células mientras están vivas. Para posicionar en el lugar correcto estos diamantes, los investigadores pretenden utilizar pinzas ópticas, es decir, láseres disparados desde varias posiciones que se concentren en un punto, donde se encontrará el diamante. Posteriormente, reposicionando los haces de luz, pueden colocar el diamante en lugares de interés de manera muy precisa.

Medidas de diamantes

Una vez en su sitio, con los nanodiamantes se pueden medir desde la presencia de radicales libres hasta las propiedades eléctricas o la temperatura en diferentes puntos de la célula. La presencia de radicales libres puede significar desde una exposición a toxinas hasta la producción de proteínas aberrantes en el interior celular. Por tanto, estas técnicas podrían ayudar al diseño de los métodos diagnósticos del futuro. La principal ventaja frente a los métodos actuales es que se pueden realizar en el organismo vivo, lo que elimina posibles contaminaciones y puede sacar a la luz problemas que queden ocultos por las modificaciones que producen las técnicas bioquímicas actuales.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Respecto al texto del principio, “Diamantes para la eternidad” fue la última película de James Bond canónica protagonizada por Sean Connery. Sin embargo, lo podemos ver volviendo a hacer del espía en “Nunca digas nunca jamás”, basada en la novela “Operación Trueno” de Ian Fleming.
• Las estructuras cristalinas de los materiales dependen de las presiones y las temperaturas a las que se forman, ya que los cristales tienden a encontrar las estructuras más estables en las que son creados. Si posteriormente se modifican estas condiciones el cristal puede mantenerse estable o podría fracturarse.

REFERENCIAS (MLA):

• “Optica Biophotonics Congress: Optics in the Life Sciences.” Optica, https://www.optica.org/en-us/events/congress/biophotonics_congress/.
• Osswald, Sebastian. “Chapter 4. Nanodiamond Purification.” Nanodiamond, 2014, pp. 89–111., https://doi.org/10.1039/9781849737616-00089.