Síntesis, caracterización y estudio de la capacidad catalítica de nanopartículas mesoporosas funcionalizadas con metales de transición

Abstract

La catálisis bioortogonal permite realizar reacciones químicas específicas en el interior celular a demanda sin interferir con los procesos biológicos, abriendo nuevas vías en el campo de la nanomedicina. Basándonos en esta idea y utilizando los nanomateriales como catalizadores, en este trabajo se han sintetizado y caracterizado dos tipos de nanopartículas basadas en sílice mesoporosa y metales de transición: SiO₂@Pd@mSiO₂ y mSiO₂@Ru, empleando Pd y Ru como centros catalíticos. La sílice mesoporosa actúa como soporte estructural y como barrera protectora frente a otras biomoléculas, permitiendo al mismo tiempo el paso de los reactivos hacia los centros metálicos activos. La caracterización se realizó mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) e isotermas de adsorción-desorción de N₂. La actividad catalítica se evaluó utilizando la conversión de Alloc₂(Rh-110), un oxantraceno cuya fluorescencia está bloqueada por dos grupos Alloc, en Rh-110, su forma fluorescente activa. En primer lugar, se realizaron ensayos de fluorescencia en medio fisiológico a nivel de laboratorio. Tras 24 horas de incubación a 37 °C, solo las SiO₂@Pd@mSiO₂ NPs mostraron una activación eficaz del fluoróforo, siguiendo una cinética de primer orden. Debido a estos resultados, se seleccionaron para estudios in vitro en células HeLa, demostrando ser biocompatibles y mantener su actividad catalítica dentro del entorno celular, validando su potencial como nanocatalizadores intracelulares.

Bioorthogonal catalysis enables specific chemical reactions to be carried out inside cells on demand, without interfering with biological processes, opening new avenues in the field of nanomedicine. Based on this concept and using nanomaterials as catalysts, this work describes the synthesis and characterization of two types of nanoparticles based on mesoporous silica and transition metals: SiO₂@Pd@mSiO₂ and mSiO₂@Ru, using Pd and Ru as catalytic centers. Mesoporous silica serves both as a structural support and a protective barrier against other biomolecules, while still allowing reactants to access the active metal centers. Characterization was performed using transmission electron microscopy (TEM) and N₂ adsorption-desorption isotherms. The catalytic activity was evaluated through the conversion of Alloc₂(Rh-110), an oxanthracene whose fluorescence is blocked by two Alloc groups, into Rh-110, its active fluorescent form. Initially, fluorescence assays were carried out in physiological medium at the laboratory scale. After 24 hours of incubation at 37 °C, only the SiO₂@Pd@mSiO₂ NPs showed effective activation of the fluorophore, following a first-order kinetic profile. Based on these results, they were selected for in vitro studies in HeLa cells, demonstrating biocompatibility and the ability to maintain catalytic activity within the cellular environment, validating their potential as intracellular nanocatalysts.