La Inteligencia Artificial y la nanotecnología revolucionan el universo biomolecular

Científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, han desarrollado un nuevo tipo de nanosensores en base a Inteligencia Artificial. Permitirán observar y analizar diferentes biomoléculas sin poner en riesgo su actividad. A partir de estos estudios será posible diseñar nuevos tratamientos para múltiples patologías y enfermedades.

El diminuto mundo de las biomoléculas es tan rico como fascinante: incluye la actividad de las proteínas, complejos lipídicos, ADN y carbohidratos, entre otros elementos que conforman complejas estructuras vitales. Sin embargo, las interacciones entre las biomoléculas que permiten concretar esta sinfonía de la vida son extremadamente difíciles de definir.

Ahora, un nuevo biosensor permitirá observar las principales clases de biomoléculas del nanomundo sin perturbarlas. Su técnica innovadora combina nanotecnología, metasuperficies, luz infrarroja e Inteligencia Artificial. Podría tener un amplio rango de aplicaciones en el campo de la salud, concretamente en la investigación farmacológica y médica, además de propiciar nuevos enfoques en el área de la biotecnología.

Según explican los especialistas en una nota de prensa, cada mínimo detalle en el universo biomolecular puede marcar un abrupto cambio en su organización. Cuando todo está afinado y existe armonía, la maravillosa música de la orquesta vital produce prodigios fisiológicos como los sentidos de la vista o el gusto. Por el contrario, las disonancias en esta maquinaria biológica pueden generar procesos como el cáncer o las enfermedades neurodegenerativas.

Viaje hacia un mundo minúsculo

Frente a esto, resulta crucial poder estudiar con precisión este diminuto mundo para poder comprenderlo en profundidad y producir alternativas científicas sólidas en la búsqueda de nuevas terapias y tratamientos. Según Hatice Altug, una de las autoras de la investigación publicada en la revista Advanced Materials, “sintonizar con este mundo y poder diferenciar entre proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y carbohidratos sin alterar sus interacciones es de fundamental importancia para comprender los procesos de la vida y los mecanismos de las enfermedades”, expresó.

¿Cómo funciona la nueva tecnología? Se sabe que las moléculas están formadas por átomos unidos entre sí, y que de acuerdo a su masa y a la forma en que se enlazan, generan vibraciones a una frecuencia concreta, al igual que lo hacen las cuerdas de un instrumento musical. Dichas frecuencias de resonancia son específicas de una molécula y permiten diferenciarla, manifestándose principalmente en el rango de las denominadas frecuencias infrarrojas del espectro electromagnético.

Aprovechando esta característica, el biosensor desarrollado por el equipo de investigadores suizos utiliza a la luz infrarroja como el eje o núcleo de su funcionamiento. Teniendo en cuenta que el rango infrarrojo no es visible para el ser humano, se utilizaron innovaciones en el campo de las metasuperficies y de la Inteligencia Artificial para poder optimizar la nueva tecnología.

Metasuperficies e Inteligencia Artificial

Por un lado, los materiales artificiales con capacidades excepcionales de manipulación de la luz a nanoescala permitieron desarrollar funciones mucho más allá de aquello que ve el ojo humano. En otras palabras, las metasuperficies hacen posible «ver» la luz infrarroja que caracteriza e identifica a cada molécula.

Por último, la Inteligencia Artificial aporta la posibilidad de descubrir patrones y esquemas en las biomoléculas con mayor rapidez y eficacia, organizando la información obtenida y aportándole el valor necesario para poder viabilizar avances concretos en el campo médico y farmacológico.

La identificación de la «música» que caracteriza a cada molécula y a sus componentes abrirá el camino hacia el desarrollo de innovaciones en terapias y tratamientos para todo tipo de enfermedades. Debido a esto, parece claro que la aplicación de la nanotecnología en la investigación biológica incrementará aún más su impacto en las próximas décadas.

Referencia

Infrared Metasurface Augmented by Deep Learning for Monitoring Dynamics between All Major Classes of Biomolecules. Aurelian John‐Herpin, Deepthy Kavungal, Lea von Mücke and Hatice Altug. Advanced Materials (2021).DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202006054

Imagen superior: vista submarina de una metasuperficie compuesta por nanobarras de oro. Crédito: Aurélian John-Herpin/2021 EPFL