En la naturaleza, las enzimas funcionan como verdaderos motores moleculares: aceleran reacciones químicas indispensables para la vida. Inspirados en estos sistemas, científicos del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (INN, CNEA-CONICET) investigan desde hace años materiales sintéticos capaces de imitar algunas de esas funciones.
Un reciente trabajo publicado en la revista Small profundiza en cómo operan estas llamadas nanoenzimas magnéticas, aportando conocimiento fundamental con impacto potencial en biomedicina y remediación ambiental.
Nanoenzimas: imitar a la naturaleza con materiales artificiales
Las nanoenzimas (o nanozymes) son nanopartículas inorgánicas diseñadas para reproducir ciertas propiedades catalíticas de las enzimas naturales. A diferencia de estas últimas, son más estables, resistentes y fáciles de adaptar a distintos entornos, lo que las convierte en candidatas atractivas para aplicaciones tecnológicas.
En particular, en el INN se viene trabajando en nanoenzimas de óxido de hierro, materiales magnéticos capaces de activar reacciones químicas que generan especies altamente reactivas, como los llamados radicales libres, cuenta Elin Winkler, una de las autoras de la publicación.
El trabajo es el resultado de una colaboración entre grupos experimentales y teóricos. Participaron investigadores del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (CNEA-CONICET): Enio Lima Jr., Marco Antonio Morales Ovalle, Marcelo Vásquez Mansilla y Elin Winkler, junto con colaboradores del grupo liderado por Verónica Sánchez del Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE, CONICET-UBA) y del grupo de Verónica Ganduglia-Pirovano del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC (España).
Esta cooperación internacional se desarrolló en el marco del proyecto europeo NESTOR (Nanomaterials for Enzymatic Control of Oxidative Stress Toxicity and Free Radical Generation), financiado por la Unión Europea a través del programa RISE-MSCA-H2020.
El problema científico: cómo se generan los radicales libres
Uno de los procesos más relevantes que se estudian en estos sistemas es la reacción tipo Fenton, en la que el óxido de hierro descompone el peróxido de hidrógeno en radicales libres. Estas especies químicas son extremadamente reactivas y tienen la capacidad de degradar moléculas orgánicas complejas.
Comprender cómo las nanopartículas generan estos radicales es clave para controlar su actividad y optimizar su respuesta según la aplicación de interés.
Qué aporta este trabajo
El estudio permite describir con detalle el mecanismo que origina la formación de radicales libres en las nanoenzimas de óxido de hierro:
Durante la reacción, los electrones del hierro ubicado bajo la superficie de la nanopartícula se transfieren hacia las moléculas de peróxido de hidrógeno adsorbidas. Este proceso da lugar a la formación de especies altamente reactivas, como el radical hidroxilo (•OH), así como a especies intermedias similares a las que aparecen en enzimas naturales. Como consecuencia de este mecanismo, el material se oxida.
El agua presente en la superficie juega un rol activo, estabilizando estados intermedios y modificando la reactividad del material.
Este nivel de comprensión, a escala atómica, es uno de los aportes centrales del trabajo.
¿Por qué es importante?
Los radicales libres son las especies reactivas responsables de degradar contaminantes orgánicos en procesos de remediación ambiental y también pueden ser utilizados de manera controlada en aplicaciones biomédicas.
Al entender con mayor precisión cómo se generan estos radicales en las nanoenzimas, el trabajo abre la puerta a un diseño racional de nuevos materiales, ajustando su composición y estructura para maximizar su eficiencia y seguridad.
Ciencia básica con impacto futuro
Este estudio, con fuerte protagonismo del INN, muestra cómo la investigación fundamental en nanociencia permite sentar las bases para desarrollos tecnológicos futuros. Comprender los mecanismos íntimos de estas nanoenzimas no solo amplía el conocimiento científico, sino que también acerca soluciones innovadoras para desafíos ambientales y de salud.
El trabajo completo puede consultarse en:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202507717
Además, la investigación fue destacada en la portada de la revista Small. La imagen de tapa fue realizada por Ariel Wilner, artista con base científica, a partir de los conceptos desarrollados en el estudio.
