Crean un nuevo tipo de luz para distinguir las moléculas que se comportan como gemelos espejo

Son moléculas con doble personalidad. Aparentemente son iguales, y más si se miran en un espejo, pero sus propiedades pueden ser completamente diferentes. En sus dos versiones, conocidas como enantiómeros, la izquierda puede actuar como el doctor Jekill y la derecha como mister Hyde, o viceversa. Las moléculas quirales pueden ser, por así decirlo, como el Ying y el Yang de la biología: en una modalidad, por ejemplo, puede curar una enfermedad, y en otra, en su gemelo espejo, puede ser tóxica o incluso letal. Uno de los ejemplos más conocidos de esta acción contrapuesta es el de la talidomida, un fármaco que en su isómero derecho evita las náuseas en las mujeres embarazadas, pero su isómero izquierdo puede provocar en la misma mujer que su hijo nazca con graves malformaciones.

Distinguir e identificar moléculas quirales opuestas resulta, por tanto, fundamental para mejorar la eficacia de los fármacos o para crear nuevos materiales en un campo con enormes aplicaciones tanto en la medicina como en la industria. Pero resulta extremadamente difícil, porque se comportan de forma idéntica, a menos que interactúen con otro objeto quiral. La luz es el candidato perfecto para ello, solo que las técnicas actuales ofrecen muy poca sensibilidad a la hora de detectar en una mezcla qué cantidad corresponde a cada uno de los enantiómeros. La solución a este enorme desafío puede haber llegado a través de una investigación desarrollada en el Instituto Max Born de Alemania en la que se logrado sintetizar un tipo de luz quiral completamente nuevo que permite distinguir las versiones opuestas de la misma molécula con una sensibilidad muchísimo mayor que la de los métodos ópticos tradicionales. El trabajo, que tiene como primer autor al español David Ayuso y que ha sido dirigido por Olga Smirnova, catedrática de la Universidad Técnica de Berlín, se ha publicado en la revista científica Nature Photonics, la referente en el campo.

«En la industria farmacéutica tienen técnicas para diferenciar estas moléculas, pero su sensibilidad es muy pequeña, de un 0,1%, mientras que con nuestro método es la máxima, de un 200%, utilizando dispositivos similares», explica David Ayuso. «Tienes mucha más precisión a la hora de determinar qué porcentaje de moléculas, derecha o izquierda, tiene una determinada mezcla. El margen de error es muchísimo más pequeño», constata su compañero Andrés Ordóñez, que también ha participado en el estudio.

Pero, ¿qué es lo que se ha hecho? En la actualidad, para distinguir e identificar moléculas quirales opuestas se utiliza la luz polarizada circularmente. De esta forma, las oscilaciones del campo electromagnético dibujan una hélice quiral en el espacio a lo largo de la dirección de propagación de la luz. Dependiendo de si la hélice gira en sentido horario o antihorario, la onda tiene quiralidad izquierda o derecha y puede interactuar de forma distinta con las versiones opuestas de la molécula. Sin embargo, el tamaño de esta hélice es aproximadamente mil veces más grande que el de las moléculas. Esto supone un problema, ya que las pequeñas moléculas perciben la luz no como una hélice, sino como un círculo gigantesco, por lo que apenas pueden sentir su quiralidad. Por contra, la nueva luz descrita por los científicos del Max Born dibuja una estructura quiral, pero no en el espacio, sino en el tiempo. «La quiralidad de esta nueva luz se puede ajustar para que un enantiómero interactúe activamente con ella y emita luz brillante en respuesta, mientras que su gemelo espejo no interactúa con ella en absoluto. De esta forma nos permite distinguir enantiómeros opuestos con una sensibilidad enorme, varios órdenes de magnitud superior a la de los métodos ópticos tradicionales» explican los investigadores.

Los científicos han descrito matemáticamente las propiedades de este nuevo tipo de luz y demostraron sus predicciones mediante métodos computacionales. También han propuesto cómo «cocinar» esta luz en un laboratorio: fusionando dos rayos láser convergentes que transportan ondas de luz de dos frecuencias distintas. Al ajustar el desfase entre las diferentes frecuencias se puede controlar la quiralidad de esta luz sintética y seleccionar con qué tipo de moléculas interactuará fuertemente.

«Nuestro trabajo abre la puerta a una amplia variedad de aplicaciones en los campos de la química y la biología», subrayan los investigadores. Y no solo a la hora de controlar mejor los fármacos, sino también en la industria. Por ejemplo, el limoneno es otra molécula quiral, de un sinfín que existen en la naturaleza, responsable del olor de los cítricos. En su versión derecha es el responsable del olor de las naranjas y en su izquierda del de los limones. En esta última modalidad se utiliza de forma muy abundante en cosméticos, champús o productos de limpieza con olor a limón.

Las moléculas quirales aparecen en la naturaleza en parejas, en lo que se podría denominar como gemelos espejo. Salvando las distancias, nuestras manos son un ejemplo de quiralidad. Si se mira en un espejo, la derecha se convierte en la izquierda. Pero obviamente son diferentes. Pues lo mismo ocurre con muchas moléculas de relevancia biológica y con otros objetos microscópicos. Ahora se podrá saber cómo distinguirlas con gran precisión.

---

---

---