Las partículas a escala nanométrica podrían ayudar potencialmente a abordar problemas de sostenibilidad agrícola y ambiental a nivel global. Estos problemas incluyen el aumento de la demanda de alimentos, el incremento de las emisiones de gases de efecto invernadero generadas por las actividades agrícolas, los crecientes costos de los agroquímicos, la reducción de los rendimientos de los cultivos inducida por el cambio climático y la degradación de la calidad del suelo.
Una clase de partículas a escala nanométrica, llamadas "nanotransportadores," podría hacer que la agricultura de cultivos sea más sostenible y resistente al cambio climático, según un grupo de especialistas que incluye a Kurt Ristroph, profesor asistente de ingeniería agrícola y biológica en la Universidad de Purdue.
“Decir ‘nanopartícula’ significa cosas diferentes para diferentes personas”, dijo Ristroph. En la administración de nanomedicamentos, una nanopartícula generalmente varía en tamaño de 60 a 100 nanómetros y está hecha de lípidos o polímeros. “En el mundo ambiental, una nanopartícula generalmente significa un coloide de óxido metálico de 3 a 5 nanómetros. No son lo mismo, pero la gente usa ‘nanopartícula’ para ambos.”
Ristroph ayudó a organizar un taller interdisciplinario en 2022 sobre métodos nanotecnológicos para la administración de medicamentos en plantas. Financiado por la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, el taller contó con la participación de 30 asistentes del ámbito académico, la industria y laboratorios gubernamentales.
Muchos de los participantes del taller, incluido Ristroph, han publicado ahora sus conclusiones en Nature Nanotechnology. Su artículo, titulado “Towards realizing nano-enabled precision delivery in plants” (Hacia la realización de la administración de precisión habilitada por nanotecnología en plantas), revisa la posibilidad de que los nanotransportadores puedan hacer que la agricultura de cultivos sea más sostenible y resistente al cambio climático.
“La administración de precisión de agentes activos en plantas habilitada por nanotecnología transformará la agricultura, pero primero debemos superar desafíos técnicos críticos para aprovechar al máximo sus beneficios”, dijo Greg Lowry, coautor principal del artículo y profesor senior Walter Blenko de Ingeniería Civil y Ambiental en la Universidad Carnegie Mellon. “Soy optimista sobre el futuro de los enfoques de nanobiotecnología en plantas y los impactos beneficiosos que tendrán en nuestra capacidad para producir alimentos de manera sostenible.”
Las células vegetales y las células humanas tienen diferencias fisiológicas importantes. Las células vegetales tienen una pared celular mientras que las células humanas no, por ejemplo. Pero ciertas herramientas pueden transferirse de la nanomedicina a las aplicaciones en plantas.
“La gente ha desarrollado herramientas para estudiar la formación de biocorona alrededor de nanopartículas en un animal. Podríamos pensar en traer algunas de esas herramientas OMIC para aplicarlas a las nanopartículas en plantas”, dijo Ristroph.
Cuando se inyectan nanopartículas en el torrente sanguíneo, muchos componentes de la sangre se adhieren a la superficie de las nanopartículas. Las diversas proteínas que se adhieren a la superficie de una nanopartícula la hacen parecer diferente.
La tarea entonces se convierte en averiguar qué proteínas u otras moléculas se adherirán a la superficie y hacia dónde irá la partícula como resultado. Una nanopartícula diseñada para moverse hacia cierto órgano puede tener su destino alterado por los glóbulos blancos que detectan las proteínas de la superficie de la partícula y la envían a un órgano diferente.
“En términos generales, esa es la idea de formación de biocorona y tráfico”, dijo Ristroph. “Las personas en la nanomedicina para la administración de medicamentos han estado pensando y desarrollando herramientas para estudiar ese tipo de cosas. Algunos de esos pensamientos y algunas de esas herramientas podrían aplicarse a las plantas.”
Los investigadores ya han desarrollado muchas arquitecturas y químicas diferentes para hacer vehículos de administración a escala nanométrica para la nanomedicina. “Algunos de los tipos de partículas son transferibles”, dijo. “Puedes tomar una nanopartícula que se optimizó para moverse en humanos y ponerla en una planta, y probablemente descubrirás que necesita ser rediseñada al menos un poco.”
Ristroph se enfoca en nanotransportadores orgánicos (basados en carbono) que tienen una estructura de núcleo-cubierta. El núcleo contiene una carga útil, mientras que la cubierta forma una capa protectora exterior. Los investigadores han utilizado muchos tipos diferentes de nanomateriales en plantas. Los materiales más populares son las nanopartículas metálicas porque son algo más fáciles de fabricar, manejar y rastrear en una planta que las nanopartículas orgánicas.
“Una de las primeras preguntas que quieres resolver es a dónde van estas nanopartículas en una planta”, dijo Ristroph. “Es mucho más fácil detectar un metal dentro de una planta hecha de carbono que detectar una nanopartícula basada en carbono en una planta hecha de carbono.”
El pasado marzo, Ristroph y la estudiante de doctorado de Purdue, Luiza Stolte Bezerra Lisboa Oliveira, publicaron una revisión crítica de la literatura de investigación sobre la absorción y translocación de vehículos de administración orgánicos en plantas en Environmental Science and Technology.
“No se entiende mucho sobre las transformaciones después de que estas cosas entran en una planta, cómo se metabolizan”, dijo Ristroph. Su equipo está interesado en estudiar eso, junto con formas de ayudar a garantizar que las nanopartículas se entreguen a sus destinos adecuados y en la formación de coronas. Las coronas son recubrimientos biomoleculares que afectan las funciones de las nanopartículas.
La capacidad de fabricación de nanotransportadores es otra área de interés que podría transferirse a la agricultura desde la nanomedicina.
“Me importa mucho la capacidad de fabricación y asegurarme de que las técnicas que estamos usando para fabricar las nanopartículas sean escalables y económicamente viables”, dijo Ristroph.
ARTÍCULO COMPLETO….. https://www.feedstuffs.com/agribusiness-news/researchers-explore-nanotechnological-methods-for-improving-agriculture
