Cangrejos para construir detectores fluorescentes de sustancias nocivas e iluminar el interior de las células

Investigadores del grupo Carbohidratos de interés biológico (farmacológico) y tecnológico de la Universidad de Sevilla

Investigadores del grupo Carbohidratos de interés biológico (farmacológico) y tecnológico de la Universidad de Sevilla han obtenido biomateriales fluorescentes a partir de los caparazones y residuos del cangrejo rojo del Guadalquivir. La fluorescencia los convierte en sensores rápidos y precisos para detectar sustancias contaminantes en procesos de elaboración alimentaria o para “iluminar” el interior de las células y hacerlas visibles al microscopio electrónico.

Los expertos obtienen la materia prima de las fábricas procesadoras de crustáceos que generan un importante volumen de efluentes líquidos y residuos sólidos que no suelen reciclarse. En concreto, se trata de quitosano, procedente del caparazón del cangrejo, al que los investigadores insertan otros compuestos para conseguir fluorescencia. “El quitosano es un biopolímero de cadena larga, es decir, es como una camisa o una prenda con multitud de ojales donde podemos abrochar muchos botones, o sustancias, que le confieran las propiedades precisas que deseamos. Para ello, hemos usado aldehídos aromáticos, que son una clase de sustancias entre las que se encuentran, por ejemplo, la vainilla o el aldehído cinámico, responsables del olor y sabor de la vainilla y de la canela”, explica a la Fundación Descubre la investigadora responsable del estudio Francisca Cabrera, de la Universidad de Sevilla.

De esta forma, los expertos consiguen biomateriales con fluorescencia, una característica útil para diseñar sensores sensibles, capaces de detectar concentraciones muy pequeñas de ciertas sustancias. A la vez, resultan muy rápidos, porque se iluminan al instante. “Algo es fluorescente porque toma la luz ultravioleta y la devuelve en un espectro visible para el ojo humano de forma inmediata, además con colores distintos. El color es crucial porque nos aporta pistas de qué sustancias están modificándose a pesar de encontrarse en cantidades pequeñas”, precisa.

Muestras de quitosano, en amarillo las obtenidas por los investigadores

Estas ventajas cuentan con aplicaciones en distintos campos. Por un lado, la detección de sustancias que se generan en la elaboración de productos alimentarios o farmacéuticos y que pueden ser nocivas para la salud. “Uno de los sensores que desarrollamos es muy sensible a la presencia de ciertos disolventes orgánicos, como el diclorometano, y puede emplearse para detectar su presencia en procesos industriales o en laboratorio”, detalla.

Otra de las áreas de aplicación de estos sensores es la imagen médica. El quitosano es biocompatible, es decir, puede traspasar las membranas de las células sin que éstas lo rechacen. En el caso de los nuevos materiales diseñados por los investigadores sevillanos, la fluorescencia permite observar las células al microscopio electrónico. “Es como llevar una lámpara a las células, pero de forma discreta, porque no puede interferir en sus procesos internos y debe ser aceptada por ésta”, recalca.

Del cangrejo, al sensor fluorescente

Los expertos obtienen a partir de los residuos del cangrejo rojo del Guadalquivir el quitosano, lo purifican y lo utilizan para elaborar biomateriales. Le añaden para ello aldehídos aromáticos, compuestos que, por ejemplo, confieren el olor y sabor a la canela o a la vainilla. Los nuevos derivados de quitosano muestran un comportamiento fluorescente estable.

Los investigadores aplicaron con éxito su método para lograr la reacción simultánea de varios aldehídos con el quitosano, obteniendo biomateriales con propiedades fisicoquímicas ‘a la carta’ para aplicarlas en la detección de sustancias y como vehículos para llevar la fluorescencia a las células. Así lo describen en su artículo ‘Fluorescent imino and secondary amino chitosans as potential sensing biomaterials’, publicado en la revista Carbohydrate Polymers.

Los compuestos adquieren propiedades fluorescentes

Además de estas posibilidades de aplicación, los expertos ven en sus sensores químicos una vía para reutilizar de forma sostenible un residuo. “En los restos del cangrejo hay hasta un 13% de quitina, precursora del quitosano, una materia prima muy valiosa, que podría dar salida a los cerca de 8.000 kilogramos por día de residuos húmedos que se generan durante los 60 días de duración de la campaña de producción anual, según datos de las industrias cangrejeras”, apunta Cabrera.

El estudio se enmarca en el proyecto de excelencia ‘Aprovechamiento y Valorización de Residuos Industriales Agroalimentarios de Cangrejo Procambarus Clarkii de Marismas del Guadalquivir por Transformación en Quitosano y Derivados de Alto Valor Añadido’ financiado por la Consejería de Economía, Innovación, Ciencia y Empleo de la Junta de Andalucía.

Referencia:

Sorel Jatunov, Antonio Franconetti, Rafael Prado-Gotor, Angeles Heras, Marian Mengíbar, Francisca Cabrera-Escribano. ‘Fluorescent imino and secondary amino chitosans as potential sensing biomaterials’. Carbohydrate Polymers

Imágenes:

Investigadores del grupo Carbohidratos de interés biológico (farmacológico) y tecnológico de la Universidad de Sevilla

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Muestras de quitosano, en amarillo las obtenidas por los investigadores

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Los compuestos adquieren propiedades fluorescentes

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