El proyecto HeatNMOF, coordinado por IMDEA Energía, se centró en el desarrollo de materiales nanocompuestos multifuncionales mediante la combinación de la estructura altamente porosa y versátil de las nanoestructuras metalorgánicas (nanoMOF) biocompatibles con nanopartículas inorgánicas (iNP) plasmónicas y magnéticas. Estos compuestos están diseñados para ofrecer cargas útiles excepcionales de fármacos con capacidad de liberación controlada, al tiempo que proporcionan un control específico de las reacciones dentro de los organismos vivos, como la administración de fármacos desencadenada por calentamiento fototérmico o por campos magnéticos alternos (AMF). Durante los últimos 5 años, el consorcio ha dedicado sus esfuerzos a sintetizar MOFs y compuestos de MOFs centrándose en el control de propiedades específicas como el tamaño, la porosidad, la funcionalidad y sus aplicaciones en la liberación de fármacos, la catálisis y la actividad antibacteriana. La investigación reciente hace hincapié en varios métodos para sintetizar MOFs nanoestructurados y sus compuestos. Por ejemplo, se sintetizaron MOFs UiO-66 de tamaño nanométrico utilizando iones haluro para controlar la morfología y el tamaño, logrando una alta cristalinidad y propiedades coloidales estables, que son parámetros cruciales para la administración eficaz de fármacos (Nanoscale, 2022, 14, 6789). Otro estudio presenta nuevos MOF antibacterianos, IEF-23 e IEF-24, sintetizados por solvothermia y que muestran una actividad prometedora contra Staphylococcus epidermidis y Escherichia coli (Nanomaterials, 2023, 16, 2294), destacando el papel de los enlazadores tricarboxilato y los cationes metálicos en las aplicaciones terapéuticas. El concepto de isoreticularidad se explora en otro estudio (Microporous Mesoporous Mater., 2024, 367, 112968), mejorando el área superficial y el volumen de poros de un MOF basado en galato-ligando, demostrando la importancia de las modificaciones estructurales para mejorar la carga y liberación de fármacos. Además, se sintetizó un MOF altamente poroso basado en porfirina de Hf-tetracarboxilato utilizando un método asistido por microondas, destacando la eficacia y escalabilidad de este enfoque para aplicaciones catalíticas (Mater. Adv. Today, 2023, 19, 100390). Además, un estudio sobre MOFs enlazados metal-azufre con Fe(III) amplía el alcance de los MOFs basados en S, centrándose en las propiedades electrónicas y su potencial en la liberación controlada de fármacos (J. Mater. Chem. A., 2023, 11, 23909).

Algunos grupos de investigación del consorcio se han centrado en la integración de MOF con iNPs para desarrollar materiales compuestos de nueva generación con una excelente capacidad de encapsulación de fármacos y de administración de fármacos controlada externamente (luz y/o AMF). Se han empleado dos estrategias principales, en particular con las NPs plasmónicas. En primer lugar, se cultivaron NPs de Au (Chemistry-a European Journal, 2024, 30, e202400442) y nanoclusters de PtAg (Nanoselect 22021, 2, 758; Small, 2023, 19, 2206772) dentro de la porosidad de MIL-88B-NH2 y ZIF-8 mostrando una alta actividad catalítica y aplicaciones potenciales en el suministro de energía y fármacos. En segundo lugar, un enfoque novedoso consiste en la creación de nanocompuestos plasmónicos microporosos mediante el uso de bipirámides de oro como semillas para el crecimiento de MOFs como el PCN-224 (Small structures, 2024, 5, 5, 2300464). El control sobre el espesor de la cubierta del MOF influye en las propiedades termoplasmónicas, mejorando el confinamiento térmico y apoyando aplicaciones en la liberación intracelular de fármacos y la terapia fotodinámica.

Las técnicas avanzadas de caracterización son fundamentales en estos estudios, y la tomografía electrónica se utiliza ampliamente para el análisis estructural tridimensional de estos nanomateriales, proporcionando una visión en profundidad de las complejas arquitecturas de los compuestos MOF@iNPs (Nanoscale, 2023, 15, 5391).

Por ejemplo, se visualizó mediante microscopía de fluorescencia un núcleo de nanoestrellas de oro en una cubierta de MOF ZIF-8 estabilizada con polímeros, que permite la ciclización fototérmica impulsada por NIR dentro de células vivas para la activación espacial y temporal de profármacos (ACS Nano, 2021, 15, 10, 16924). Otro compuesto de MOF a nanoescala que responde a la luz permitió la administración de fármacos dirigida espaciotemporalmente, lo que se demostró mediante estudios en cultivos celulares 2D y 3D (Small Science, 2024, 2400088). El destino de los compuestos MOF en las células también se estudió en detalle mediante el seguimiento de la captación de MOF basados en Zr marcados con fluoróforos orgánicos en células HeLa, revelando que la eliminación de nanopartículas está impulsada más por la proliferación celular que por la exocitosis, lo que tiene implicaciones para las aplicaciones de administración de fármacos basadas en MOF (Environment & Health, 2023, 1, 270). Además, se demostró que el recubrimiento de nanopartículas de MIL-100(Fe) con membranas celulares de una línea celular humana de cáncer de mama triple negativo (TNBC) mejora su estabilidad, captación celular y citotoxicidad, lo que sugiere su potencial como terapias dirigidas para el TNBC (Nanomaterials, 2024, 14, 784).

Se ha descubierto otra posible aplicación terapéutica de los nanoMOF. En particular, el mesoporoso de hierro(III)-trimesato MIL-100 sirve como agente anti-COVID-19, dados sus significativos efectos antivirales y su alta biocompatibilidad (ACS Applied Materials and Interfaces, 2024, 16, 25, 32118). También se publicarán más resultados en la dirección de las validaciones de diferentes materiales desarrollados por nosotros como portadores de fármacos para agentes quimioterapéuticos con efectos tóxicos que a menudo se producen bajo la activación magnética de los compuestos magnéticos-MOF, pero aprovechando los efectos del calor local en lugar del daño térmico directo. Esto permitirá reducir la dosis requerida del compuesto MOF para conseguir efectos terapéuticos.

En general, las avanzadas caracterizaciones combinadas con los innovadores métodos sintéticos subrayan la versatilidad y adaptabilidad de los MOF en diversas aplicaciones de gran impacto, desde la terapia (por ejemplo, cáncer, infecciones) hasta la catálisis.