Bionanotecnologa-con-nanopartculas-virales

Vista previa del material en texto

UNIVERSIDAD NACIONAL 
AUTÓNOMA DE MÉXICO 
 
 
FACULTAD DE QUÍMICA 
 
BIONANOTECNOLOGÍA CON NANOPARTÍCULAS 
VIRALES 
 
Trabajo Monográfico de Actualización 
 
 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
QUÍMICA DE ALIMENTOS 
 
 
 
PRESENTA 
BEATRIZ GÓMEZ PEÑA 
 
Ciudad Universitaria, Cd. Mx., 2019 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
Restricciones de uso 
 
DERECHOS RESERVADOS © 
PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL 
 
Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal 
del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). 
El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea 
objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para 
fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo 
mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, 
reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
 
 
JURADO ASIGNADO: 
 
PRESIDENTE: Profesor: VERÓNICA DOMÍNGUEZ VALDEZ 
VOCAL: Profesor: CARMINA MONTIEL PACHECO 
SECRETARIO: Profesor: ARMANDO HERNÁNDEZ GARCÍA 
1er. SUPLENTE: Profesor: GENARO JIMÉNEZ REYES 
2° SUPLENTE: Profesor: KARLA MONSERRAT GONZÁLEZ REYES 
 
 
SITIO DONDE SE DESARROLLÓ EL TEMA: 
INSTITUTO DE QUÍMICA, DEPARTAMENTO DE QUÍMICA DE 
BIOMACROMOLÉCULAS. 
 
 
ASESOR DEL TEMA: 
 
 
____________________________________________ 
DR. ARMANDO HERNÁNDEZ GARCÍA 
 
SUSTENTANTE: 
 
 
____________________________________________ 
BEATRIZ GÓMEZ PEÑA 
 
 
Contenido página 
ÍNDICE DE FIGURAS 1 
ÍNDICE DE TABLAS 3 
1. INTRODUCCIÓN 4 
 
2. OBJETIVOS 6 
 
3. ANTECEDENTES Y GENERALIDADES 7 
 
3.1 Biotecnología 7 
3.1.1. ¿Qué es la Biotecnología? 7 
3.1.2. Aplicaciones 8 
 
3.2 Nanotecnología 10 
3.2.1 Definición 10 
3.2.2 Antecedentes Históricos 11 
3.2.3 Nanopartículas 12 
3.2.4 Aplicaciones de las nanopartículas y nanomateriales 18 
 
3.3 Bionanotecnología 19 
3.3.1 Definición 19 
3.3.2 Convergencia entre biotecnología y nanotecnología 20 
3.3.3 Diferencia entre bionanotecnología y nanobiotecnología 20 
3.3.4 Bloques de construcción 21 
3.3.5 Auto-ensamblaje 34 
3.3.6 Construcción “arriba-abajo” y “abajo-arriba” 34 
3.3.7 Importancia para la sociedad 35 
 
4 VIRUS 36 
 
4.1 Antecedentes Históricos 36 
 
4.2 Propiedades de los virus 37 
4.2.1 Huéspedes víricos 38 
4.2.2 Estructura viral 39 
4.2.3 Replicación viral 42 
 
5 NANOPARTÍCULAS VIRALES 45 
 
5.1 Sistemas de expresión 48 
 
 
5.2 Métodos de modificación de la cápside de los VLP 52 
5.3 Principales nanopartículas virales 58 
 
6 APLICACIONES DE LAS NANOPARTÍCULAS VIRALES 68 
 
6.1 Vacunas 68 
6.2 Acarreamiento de medicamentos 73 
6.3 Terapia Génica 74 
6.4 Imagenología 75 
6.5 Ingeniería y regeneración de tejidos 78 
 
7 CONCLUSIONES 79 
 
8 BIBLIOGRAFÍA 81 
1 
 
ÍNDICE DE FIGURAS PÁGINA 
 
Figura 1. Comparación de tamaños de objetos, nanomateriales y biomoléculas. 13 
Figura 2. Punto cuántico con recubrimiento (CdSe/ZnS). 14 
Figura 3. Tamaños y colores de los puntos cuánticos 14 
Figura 4. Dendrímero G3SiC3(CO2Me)32 15 
Figura 5. Síntesis de dendrimeros 16 
Figura 6. Fullerenos de diferente número de átomos de carbono 17 
Figura 7. Estructura de un nanotubo de carbono 17 
Figura 8. Ejemplo de estructura de proteína 22 
Figura 9. Estructura general de un nucleótido 23 
Figura 10. Bases nitrogenadas. 23 
Figura 11. Estructura del ADN. 24 
Figura 12. Diagrama de una estructura de ADN de cuatro patas. 26 
Figura 13. Formas de ADN origami 27 
Figura 14. Estructura química de los lípidos 28 
Figura 15. Estructura de liposoma y micela 30 
Figura 16. Estructura del glucógeno 31 
Figura 17. Estructura del almidón 31 
Figura 18. Celulosa 32 
Figura 19. Representación esquemática de las ciclodextrinas αCD, βCD y γCD 33 
Figura 20. Construcción de “arriba hacia abajo” y de “abajo hacia arriba” 35 
Figura 21. Componentes de la partícula viral 40 
Figura 22. Estructuras víricas 41 
Figura 23. Adsorción 42 
Figura 24. Fusión de una partícula viral con la membrana plasmática celular 43 
Figura 25. Endocitosis de un virus 44 
Figura 26. Formación de VLP no envueltas y envueltas 48 
Figura 27. Sistemas de producción de VLP’s 49 
2 
 
Figura 28. Usos de las VLP’s 53 
Figura 29. Modificaciones genéticas 54 
Figura 30. Modificaciones químicas 56 
Figura 31. Autoensablaje/encapsulación 57 
Figura 32. Estructura de CPMV 59 
Figura 33. Estructura de CCMV 61 
Figura 34. Estructura de TMV 62 
Figura 35. Estructura de PVX 63 
Figura 36. Estructura RCNMV 64 
Figura 37. Estructura TYMV 65 
Figura 38. Estructura Bacteriófago M13 66 
Figura 39. Estructura de virus adeno-asociadado 67 
Figura 40. Comparación de imagen entre CPMV vs PVX 76 
Figura 41. Ejemplos imágenes ópticas 77 
Figura 42. Ejemplos de imágenes de resonancia magnética 78 
 
 
3 
 
ÍNDICE DE TABLAS PÁGINA 
 
Tabla 1. Aplicaciones de la biotecnología 13 
 
Tabla 2. Antecedentes históricos de la nanotecnología 15 
 
Tabla 3. Principales aplicaciones de los nanomateriales 20 
 
Tabla 4. Principales acontecimientos históricos de la virología 37 
 
4 
 
1. INTRODUCCIÓN 
A través del tiempo, la tecnología ha acompañado al ser humano en su proceso 
evolutivo. La biotecnología, la manipulación y el uso de seres vivos, sus procesos o 
sus componentes era ejecutada desde la antigüedad. Desde el año 6000 a.C. 
existen registros de que se realizaban fermentaciones controladas de ciertos granos 
(Smith, 2009). Con el paso del tiempo se fueron encontrando diferentes formas de 
alterar o cambiar alimentos o desarrollar procesos para obtener productos de interés 
a nivel industrial. Pero sin duda, el descubrimiento de la estructura del ADN por 
Watson y Crick y su papel en la herencia genética ha sido el mayor paso reciente, 
ya que permitió poder manipular de forma controlada los genes de organismos. 
La nanotecnología es en cambio una tecnología reciente, la cual se dedica al 
diseño, caracterización, producción y aplicación de las estructuras (nanotubos, 
dendrímeros, puntos cuánticos, fullerenos, etc.), dispositivos y sistemas por 
manipulación controlada de tamaño y forma a escala nanométrica (nivel atómico, 
molecular y supramolecular) que produce estructuras, dispositivos y sistemas con 
al menos una característica o propiedad novedosa o superior. 
La Bionanotecnología es la convergencia de la biotecnología y la 
nanotecnología, donde su foco central es el manipular las biomoléculas, para 
producir estructuras, dispositivos y aplicarlas al beneficio de la sociedad. 
Los virus, que en términos químicos simples son nanopartículas de proteínas, 
ácidos nucleicos y a veces lípidos y carbohidratos, toleran modificaciones químicas, 
y amplios valores de pH y temperatura. Esto ha permitido que puedan utilizarse en 
5 
 
distintas aplicaciones como son la obtención de imágenes biomédicas, 
administración de fármacos, regeneración de tejidos, biosensores, templado de 
materiales, desarrollo de materiales para catálisis y generación de energía, entre 
otras. 
Una de las razones principales para que se diera el desarrollo de las 
nanopartículas virales (NPV o VLP’s), fue para producir vacunas más seguras, 
debido a que se requieren virus inactivos total o parcialmente, cuando no se lleva a 
cabo este procesoadecuadamente, la persona puede desarrollar la enfermedad en 
cuestión. Al tener la certeza de que no se puede adquirir la enfermedad si se 
administran las vacunas a base de las VLP’s se están realizando pruebas clínicas 
para generar los anticuerpos para enfermedades como el Ébola, VIH, Zika, etc. 
También se han visto ventajas como la producción más rápida de estas vacunas 
y a menor costo. 
A pesar de que las nanopartículas virales han sido estudiadas desde hace unas 
cuantas décadas, han generado un gran interés para ampliar las posibles 
aplicaciones que pueden llegar a tener en las diferentes áreas de la química y 
biología. Es por ello que este trabajo monográfico de actualización tiene como 
propósito dar una perspectiva general para entender y situar dentro del contexto del 
desarrollo científico actual al tema de las nanopartículas virales y sus aplicaciones 
biotecnológicas. Este trabajo monográfico tratará de los orígenes, los logros, 
aplicaciones e implicaciones generales de las nanopartículas virales desde una 
perspectiva interdisciplinaria que incluye a la bioquímica, biotecnología y 
nanotecnología. 
6 
 
2. OBJETIVOS 
 
1. Introducir conceptos básicos sobre la bionanotecnología. 
 
2. Ofrecer una perspectiva general sobre el estudio de las nanopartículas virales 
que permita al lector adentrarse en el tema. 
 
3. Entender los fundamentos bioquímicos de las nanopartículas virales que 
permiten sus aplicaciones en diversas áreas. 
 
4. Ofrecer un panorama de las principales aplicaciones que tienen las 
nanopartículas virales actualmente. 
7 
 
3. ANTECEDENTES Y GENERALIDADES 
3.1. BIOTECNOLOGÍA 
Empezaremos explicando que es la biotecnología (y más adelante la 
nanotecnología), ya que de su combinación nace la bionanotecnología, área en la 
cual se ubican las nanopartículas virales, tema principal de este trabajo. 
3.1.1. ¿Qué es la biotecnología? 
El término “biotecnología” fue acuñado por el ingeniero Károly Ereky en 1919, 
utilizó la biotecnología para describir la producción industrial de cerdos 
alimentándolos con remolacha azucarera como una fuente económica de nutrientes 
a gran escala. Luego generalizó el término a todas las áreas de la industria en las 
que los productos comerciales se crean a partir de materias primas con la ayuda de 
organismos (Shmaefsky, 2006). 
A continuación, se muestran varias definiciones: 
 La Office of Technology Assessment of the United States Congress definió a 
la biotecnología como “cualquier técnica que utilice organismos vivos o 
sustancias obtenidas de estos organismos, con la finalidad de hacer o 
modificar un producto, mejorar plantas o animales o desarrollar 
microorganismos para un uso específico” (Barnum, 2005). 
 La revista Nature la define como: “La biotecnología es una disciplina amplia 
en la que se explotan procesos biológicos, organismos, células o 
componentes celulares para desarrollar nuevas tecnologías.” (Nature). 
8 
 
 “Utilización de organismos, normalmente modificados genéticamente, para 
llevar a cabo procesos químicos concretos destinados a la aplicación 
industrial, médica o agricultura” (Madigan, 2009). 
 “La aplicación de los principios científicos y de ingeniería al procesamiento 
de materiales por agentes biológicos para proporcionar bienes y servicios” 
(Glick, 2010). 
En la antigüedad la biotecnología se realizaba de una manera empírica. Un claro 
ejemplo de eso, es la obtención de nuevas especies de plantas o animales mediante 
la cruza de “mejores especies”. Otra aplicación que tuvo un gran impacto en la 
sociedad fue en la fabricación de alimentos como el queso, cerveza y vino, que son 
producidos por la presencia de microrganismos como bacterias, hongos y/o 
levaduras (Barnum, 2005). Posteriormente se produjeron antibióticos y sustancias 
químicas como el etanol, acetona y ácido cítrico, los cuales sin lugar a dudas han 
sido uno de los mayores aportes de la biotecnología a la sociedad (Tortora, 2007). 
Con el desarrollo de las herramientas para la modificación genética por medio del 
ADN recombinante se dio el inicio de la “nueva biotecnología” o “biotecnología 
moderna”. Con esta herramienta fue posible modificar microorganismos con el fin 
de obtener sustancias que naturalmente no podrían sintetizar tales como proteínas 
y hormonas de interés farmacéutico (Smith, 2009; Tortora, 2007). 
3.1.2. Aplicaciones 
Una lista con los principales desarrollos de la biotecnología se muestra en la Tabla 
1, entre los cuales destacan: 
9 
 
 Terapias y curas para enfermedades tanto de humanos como de animales. 
 Nuevas pruebas para diagnóstico de enfermedades. 
 Mejoras en agricultura y ganado. 
 Limpieza y mejora del medio ambiente. 
 Generación de combustibles biológicos (Modificado del libro Smith, 2009). 
 
Tabla 1. Aplicaciones de la biotecnología 
Área Aplicaciones Ejemplos 
Agricultura 
Resistencia a herbicidas 
 Maíz 
 Soya 
 Arroz 
 Algodón 
 Remolacha 
 Canola 
Resistencia a insectos 
 Maíz 
 Algodón 
 Papa 
Resistencia a virus 
 Papa 
 Calabaza amarilla 
 Papaya 
Cambio en la composición 
de su aceite 
 Soya 
 Canola 
Incremento de nutrimentos  Arroz 
Maduración retrasada  Jitomate 
10 
 
Medicina 
Terapia Génica 
 Inmunodeficiencia combinada 
grave (SCID) 
 Enfermedad de Huntington 
 Distrofia muscular de Duchenne 
 Hemofilia de tipo A y B 
 Fibrosis quística 
 Esclerosis múltiple 
 Cáncer de mama 
 Deficiencia de receptores LDL 
Vacunas 
 Sarampión 
 Hepatitis B 
 Rubeola 
 Tétanos 
Insulina  Escherichia coli 
Antibióticos 
 Bacitrina (Bacillus sp.) 
 Estreptomicina (Streptomyces 
sp.) 
 Penicilina (Penicillium sp.) 
Químicos usados 
en industria 
Ácido acético  Acetobacter sp. 
Acetona  Clostridium sp. 
Etanol  Saccharomyces sp. 
Ácido Fórmico  Aspergillus sp. 
Ácido Láctico 
 Lactobacillus sp. 
 Streptococcus sp. 
Tabla 1: Modificado del Klug, 2007; Tortora, 2007, Madigan, 2009; Smith, 2009 
3.2 NANOTECNOLOGÍA 
A continuación, explicaremos que es la nanotecnología, área que junto con la 
biotecnología forma parte de la bionanotecnología. 
3.2.1. Definición 
11 
 
La nanotecnología está considerada como un área del conocimiento 
relativamente nueva que desarrolla materiales y dispositivos novedosos con 
aplicaciones en distintas áreas, como son la medicina, agricultura, electrónica, etc. 
Esta área de investigación puede definirse como: 
- La construcción y el uso de estructuras funcionales diseñadas a partir de 
escala atómica o molecular aproximadamente 1-100 nm con al menos una 
dimensión. Su tamaño permite exhibir propiedades físicas, químicas y 
biológicas novedosas y significativamente mejoradas, fenómenos y procesos 
debido a su tamaño (Kumar, 2016). 
De acuerdo con la Iniciativa Nacional de Nanotecnología (NNI), la 
nanotecnología tiene las siguientes características clave: 
1. Investigación con átomos, moléculas o sistemas supramoleculares, es decir, 
en la escala de longitud de aproximadamente 1-100 nm. 
2. Creación y uso de estructuras, dispositivos y sistemas que tienen 
propiedades y funciones novedosas debido a su tamaño entre 1-100 nm. 
3. Capacidad de controlar o manipular la materia a escala atómica, molecular o 
supramolecular (agregación de varias moléculas) (Khan, 2012). 
3.2.2 Antecedentes Históricos 
La nanotecnología se desarrolló durante la segunda mitad del siglo XX ya que la 
física cuántica y la química de principios del siglo XX proporcionaron sus bases 
(Tabla 2) (Mendelson, 2013). 
12 
 
Tabla 2. Antecedentes Históricos de la nanotecnología 
Año Acontecimiento 
1857 
Michael Faraday descubre que el oro “ruby” coloidal, demostrando que el 
oro nanoestructurado bajo ciertas condiciones de iluminación produce 
soluciones de diferentes colores. 
1959 
Richard Feynman describe conceptos fundamentales en nanotecnología, 
durante una Reunión de la Sociedad Americanade Física 
1974 
Norio Taniguchi utiliza el término “nanotecnología” para los métodos de 
fabricación de materiales con tamaños por debajo de 1 µm. 
1977 
Eric Drexler usa por primera vez el concepto de nanotecnología molecular 
en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). 
1985 
Harold Kato, Sea O’Brien, Robert Curl y Richard Smalley descubrieron los 
fullerenos o buckyballs (C60), los cuales pueden usarse para hacer 
nanotubos de carbono (CNT). 
1986 
- Invención del microscopio de fuerza atómica (AFM) por Benning y 
Rohrer, con lo cual fue posible el ver, manipular y medir la materia a 
nanoescala. 
- Eric Drexler publica su libro “Motores de la creación: La era de la 
nanotecnología”, el primer libro sobre nanotecnología. 
1991 Sumio Iijima crea el nanotubo de carbono (CNT) 
2008 
Se publica la primera estrategia de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología 
(NNI) para investigación ambiental, de salud y de seguridad relacionada con 
la nanotecnología (EHS, por sus siglas en ingles de enviromental, health y 
safety) 
Tabla 2: modificada de los libros: Khan, 2012 y Kumar, 2016. 
3.2.3 Nanopartículas 
Las nanopartículas son los sistemas más desarrollados en la nanotecnología. 
Se considera una nanopartícula (Fig. 1) aquella partícula o entidad discreta que 
tiene una longitud entre 1-100 nm (Kumar, 2016; Mendelson, 2013; Sharon, 2012) 
en al menos una de sus dimensiones (largo, ancho o alto). Entre las nanopartículas 
13 
 
más utilizadas se encuentran los puntos cuánticos, la plata, oro, metales ferrosos, 
óxidos de silicón, aluminio, titanio, hierro, zinc y nanomateriales de carbón como los 
fullerenos y nanotubos. 
Figura 1. Comparación de tamaños de objetos, nanomateriales y biomoléculas. 
(Kumar, 2016). 
 
A continuación, se describen algunas de ellas: 
PUNTOS CUÁNTICOS (QUANTUM DOTS) 
Los puntos cuánticos son generalmente de estructura esférica, aunque 
algunos llegan a poseer forma de varilla. Se componen de un núcleo semiconductor 
que puede ser de CdSe, CdTe, PbS o PbSe, y están recubiertos por compuestos 
como ZnS o CdS (Fig. 2), los cuales proporcionan propiedades específicas (por 
ejemplo, carga negativa o carga positiva o un grupo químico funcional). Poseen 
propiedades ópticas y fluorescentes en función de su tamaño nanométrico (Fig. 3), 
la cual surge por la energía de las estructuras electrónicas confinadas (Gazit, 2007; 
Sharon, 2012). 
14 
 
 
Figura 2. Punto cuántico con recubrimiento (CdSe/ZnS) (Fuente: 
https://quimicosonador.wordpress.com/tag/semiconductor/ 05/03/18). 
 
 
Figura 3. Tamaños y colores de los puntos cuánticos (Fuente: 
http://www.nanosysinc.com/what-we-do/quantum-dots/ 10/02/2018). 
 
https://quimicosonador.wordpress.com/tag/semiconductor/
http://www.nanosysinc.com/what-we-do/quantum-dots/
15 
 
DENDRÍMEROS 
Son moléculas poliméricas altamente ramificadas por capas, donde las series de 
capas se construyen sobre una molécula central (cada capa es llamada generación) 
(Fig. 4). Estos polímeros son materiales orgánicos como la poliamidoamina 
(PAMAM) que es hidrófilo con agua. Los dendrímeros han sido utilizados como 
vehículos de fármacos, así como agentes de diagnóstico. 
 
Figura 4. Dendrímero G3SiC3(CO2Me)32 (Fuente: 
https://patentimages.storage.googleapis.com/62/ad/5f/6f4caa9e16e5a3/WO20140
16460A1.pdf 10/02/18). 
 
Están hechas de un núcleo y capas alternas de 2 monómeros: ácido acrílico y di-
amina (Fig. 5). Su estructura molecular tiene la forma de un árbol con muchas 
ramas. Las moléculas de polímero crecen como ramas en un árbol, formando dos 
ramas en cada punto de ramificación. La ramificación comienza en la generación 
cero (G0) en un núcleo central que crece hacia afuera como un árbol genealógico 
en generaciones (G1 y G2). Cada punto de ramificación crea una nueva generación 
https://patentimages.storage.googleapis.com/62/ad/5f/6f4caa9e16e5a3/WO2014016460A1.pdf
https://patentimages.storage.googleapis.com/62/ad/5f/6f4caa9e16e5a3/WO2014016460A1.pdf
16 
 
de dos ramas de descendencia. Los grupos funcionales se utilizan para limitar el 
crecimiento de las ramas en los puntos de ramificación, lo que permite que las ramas 
se dividan en ramas secundarias. (Mendelson, 2013; Sharon, 2012). 
 
Figura 5. Síntesis de dendrimeros (Sharon, 2012). 
BUCKYBALLS O FULLERENOS 
Es una molécula esferoidal de 60 átomos de carbono (C60) que asemeja a un 
balón de futbol (Fig. 6). Su tamaño es cercano a 0.7 nm y es un excelente conductor 
de calor y electricidad. 
17 
 
 
Figura 6. Fullerenos de diferente número de átomos de carbono (Fuente: 
(https://www.uv.es/mabegaga/fullerenos/ 10/02/2018). 
 
Esta nanoestructura tiene varias aplicaciones ya sea a nivel biológico o 
biotecnológico, uno de ellos se debe a la habilidad de ensamblaje que posee, la cual 
sirve como contenedores de tamaño nanométrico para el transporte de fármacos o 
un depósito para agentes de diagnóstico. También se ha demostrado que fullerenos 
modificados químicamente sirven como agentes antivirales (Gazit, 2007; Sharon, 
2012). 
NANOTUBOS DE CARBONO 
Son formados por fullerenos alargados los cuales se asemejan a las láminas de 
grafeno envueltas en cilindros (Fig. 7) (Gazit, 2007; Sharon, 2012). 
 
Figura 7. Estructura de un nanotubo de carbono (Fuente: 
https://nanotubosdecarbono.wordpress.com/2012/11/13/definicion-de-nanotubo/ 
10/02/18). 
https://www.uv.es/mabegaga/fullerenos/
https://nanotubosdecarbono.wordpress.com/2012/11/13/definicion-de-nanotubo/
18 
 
3.2.4 Aplicaciones de las nanopartículas y nanomateriales 
Lo que se busca principalmente es que no sean agresivas con el medio ambiente 
y que sean accesibles, es decir, que no sean muy costosas o complicadas de 
obtener, además de que no sean difíciles de utilizar (Tabla 3.) (Kumar, 2016) 
Tabla 3. Principales aplicaciones de nanomateriales 
Área Nanomateriales Aplicaciones 
Protección 
del medio 
ambiente 
 Nanopartículas 
 TiO2 
 ZnO 
 Ni 
 Fe 
 Hierro cerovalente 
(Nzvi) 
 Nanotubos de nitruro 
de Boro 
- Control de contaminación del aire 
- Reducción de gases de invernadero 
- Mejora de la purificación (eliminación de 
productos y químicos tóxicos) 
- Desalinización del agua potable y del 
agua para agricultura 
Tecnología 
de 
alimentos 
 Nanopartículas 
 Ag 
 MgO 
 ZnO 
 Nanotubos de carbono 
 Nanovarillas de ZnO 
 Nanoemulsiones 
- Material de embalaje para mejorar la 
vida útil de los alimentos 
- Empaque de alimentos 
- Antimicrobianos/antibacteriano 
- Detección de biomoléculas 
- Utilización de nanopartículas para 
impartir sabor y como antioxidantes 
Cosméticos 
 Nanopartículas 
- TiO2 
- ZnO 
 Fullerenos 
 
- Jabones 
- Bloqueadores solares 
- Cremas hidratantes 
- Bálsamos labiales con protectores 
solares 
- Ungüento para cuidado de los pies 
19 
 
Cuidados de 
la salud 
 Nanopartículas 
- Fe 
- Au 
- Al 
- Cu 
- Cd 
- Ag 
 Sulfato de Bario 
 Buckyballs 
 Puntos cuánticos 
- Terapia génica 
- Aglutinantes dentales 
- Mejora de imagen de resonancia 
magnética 
- Etiquetado celular 
- Sistema de administración de fármacos 
- Diagnóstico 
Textiles 
 Nanopelículas 
 Ag 
 TiO2 
- Resistencia agua, manchas y estática 
- Evitar el crecimiento microbiano 
- Evitar olores desagradables 
Energía 
 Nanotubos dopados 
de Pd y V 
 Buckyball 
 Nanopartículas 
- Cu 
- CeO2 
- Celdas de combustibles más eficientes 
- Bombillas de bajo costo 
- Celdas solares de menos costo 
La tabla fue construida con base en Hornyak, 2008; Khan, 2012; Kumar, 2016; 
Mendelson, 2013; Rogers, 2014; y Sharon, 2012. 
3.3 BIONANOTECNOLOGÍA 
3.3.1 Definición 
Al ser una disciplina de reciente creación y que aún está en su infancia, dar una 
definición definitiva es muy difícil, sin embargo, existen varias definiciones, pero hay 
que tener en cuenta que estas se están actualizando constantemente. Las 
definiciones que se tienen de la bionanotecnología son: 
1) “El uso de principios biológicosy bloques de construcción para aplicaciones 
nanotecnológicas.” (Gazit, 2006). 
20 
 
2) Godsell en su libro Bionanotechnology dice que: “La bionanotecnología es un 
subconjunto de la nanotecnología: ingeniería y fabricación a nivel de átomo 
utilizando precedentes biológicos como guía. También está estrechamente 
relacionado con la biotecnología, pero agrega la capacidad de diseñar y 
modificar los detalles a nivel atómico de los objetos creados. Las 
bionanomáquinas están diseñadas según especificaciones atómicas, 
realizan una tarea molecular tridimensional bien definida y, en las mejores 
aplicaciones contienen mecanismos para el control individual integrado en su 
estructura” (Goodsell, 2004). 
3.2.2 Convergencia entre biotecnología y nanotecnología 
Como se observa hasta este momento la bionanotecnología resulta de la 
convergencia que se logra entre la biotecnología y la nanotecnología. La 
bionanotecnología se diferencia de la biotecnología en que manipula los 
componentes biológicos de tamaño nanométrico con fines tecnológicos, mientras 
que la biotecnología no necesita saber los detalles nanotecnológicos de 
componentes biológicos para desarrollar sus tecnologías. 
3.3.3 Diferencia entre bionanotecnología y nanobiotecnología 
La mayoría de los autores utilizan ambos términos indiscriminadamente, sin 
embargo, por sus definiciones, se puede denotar la diferencia entre ellas. La 
nanobiotecnología “es el uso de la nanotecnología (nanotubos de carbono, grafeno, 
fullerenos, puntos cuánticos, etc) en aplicaciones biológicas o biotecnológicas”; en 
cambio la bionanotecnología se refiere al “uso de principios biológicos y bloques de 
21 
 
construcción de origen biológico o basados en biomoléculas para aplicaciones 
nanotecnológicas diversas.” (Gazit, 2006) 
3.3.4 Bloques de construcción 
La bionanotecnología manipula biomoléculas y las usa como bloques de 
construcción. Las biomoléculas son los bloques de construcción con los que se 
trabaja en el área de la bionanotecnología debido a que permiten formar 
nanoestructuras para diversas aplicaciones. 
A continuación, se describen los principales bloques de construcción usados en 
la bionanotecnología: 
PROTEÍNAS 
Las proteínas son el bloque de construcción más versátil de todos los existentes. 
Son los componentes esenciales en todos los aspectos de la estructura y la función 
de las células. En bionanotecnología, las proteínas se utilizan para construir 
nanomáquinas, nanoestructuras, nanosensores, entre otros, esto con ayuda a las 
modificaciones químicas y/o genéticas, como se harían a las proteínas de las 
cápsides virales (se tomará el tema más adelante). 
Las proteínas son cadenas lineales de aminoácidos que se pliega en una 
estructura definida, es decir son polímeros de aminoácidos unidos covalentemente 
por un enlace peptídico (Goodsell, 2012). La disposición lineal de estos aminoácidos 
se denomina como estructura primaria. Después de esta estructura se pliega para 
formar una estructura más estable denominada secundaria. Las interacciones que 
participan son los puentes de hidrogeno y las uniones débiles no covalentes. Hay 
22 
 
varios tipos de estructuras secundarias como lo son la hélice α y la hoja β. 
Posteriormente se vuelven a plegar para tener una conformación tridimensional más 
estable, conocida como estructura terciaria. 
La estructura cuaternaria (Fig. 8) está conformada de más de un polipéptido, 
que son los que constituyen una subunidad con su correspondiente estructura 
primaria, secundaria y terciaria (Madigan, 2009; Nelson, 2008; Sharon, 2012; 
Tortora, 2007; Waigh, 2007). 
 
Figura 8. Ejemplo de estructura de proteína 
(Fuente:.https://rarediseases.info.nih.gov/GlossaryDescription/400/1 09/03/19) 
https://rarediseases.info.nih.gov/GlossaryDescription/400/1
23 
 
ÁCIDOS NUCLEICOS 
Los ácidos nucleicos, ADN y ARN, son macromoléculas formadas por 
monómeros llamados nucleótidos. Un nucleótido consta de tres unidades (Fig. 9): 
una base nitrogenada, un azúcar pentosa (5 átomos de carbono; desoxirribosa en 
el ADN y ribosa en el ARN) y un grupo fosfato (PO43-). Las bases nitrogenadas (Fig. 
10) se dividen en dos grupos: purinas, Adenina (A) y Guanina (G) que se componen 
de dos anillos heterocíclicos; y pirimidinas, Timina (T), Citosina (C) en el ADN y 
Uracilo (U) en el ARN, que se componen solo de un anillo heterocíclico (Madigan, 
2009; Nelson, 2008; Tortora, 2007). 
 
Figura 9. Estructura general de un nucleótido 
 
 
Figura 10. Bases nitrogenadas (Fuente: Nelson, 2008). 
O
HOH
HH
HH
OP-O
O
O-
Base púrica
o pirimidínica
Pentosa
Fosfato
24 
 
El ADN está formado por dos cadenas enrolladas entre sí, lo que da lugar a una 
doble hélice (Fig. 11). Cada cadena está formada por miles de nucleótidos unidos 
por un enlace fosfodiéster, las cuales a su vez están unidas entre sí mediante 
puentes de hidrógeno que forman las bases nitrogenadas; A y T siempre forman 
dos puentes de hidrógeno, mientras que C y G forman 3 (Madigan, 2009, Tortora, 
2007). 
 
Figura 11. Estructura del ADN (Tortora, 2007). 
 
ADN ORIGAMI 
En 2016 Rothemund marcó un importante avance en la nanotecnología del ADN, 
al desarrollar una técnica llamada “origami de ADN con andamiaje”. 
25 
 
El ADN se ha asociado con el origami porque se puede cortar y volver a 
ensamblar en una variedad de formas geométricas tridimensionales. Estas 
estructuras se pueden usar como andamios (estructuras de soporte) para recolectar 
moléculas más pequeñas y como estructuras que pueden administrar 
medicamentos. 
El ADN de doble cadena (dsADN) es un material polimérico estable. Puede 
cortarse o escindirse con enzimas de restricción (que actúan como un par de tijeras) 
que forman ADN de cadena sencilla (ADNss). Estos fragmentos de ssDNA se 
pueden unir unos a otros fragmentos de ssDNA. Cuando los fragmentos de ADNss 
se cortan, tienen enlaces colgantes (extremos pegajosos). Estos nucleótidos son 
muy activos y se "pegarán" a cualquier otra base complementaria (nitrogenada). 
Los extremos adhesivos de ssDNA pueden unirse entre sí con los extremos 
adhesivos complementarios de otra molécula de ssDNA que puede mantener juntas 
las estructuras poliédricas 2-D y 3-D. 
La "cruz" de cuatro patas (Fig. 12) se construye haciendo que un extremo 
adhesivo del fragmento de ADN se cruce y se una al extremo pegajoso de otro 
fragmento de ADN. Cuando esto ocurre en cuatro segmentos de ADN separados, 
los cuatro brazos (o ligamentos) se unirán para formar una matriz cuadrada en el 
centro de la cruz. Como recordamos, el ADN de doble cadena tiene cadenas 
antiparalelas que se unen en direcciones opuestas. Cuando el extremo pegajoso de 
un fragmento se une con sus bases complementarias, estamos vinculando el grupo 
terminal 5 '(fosfato) al grupo terminal 3' (hidroxilo) de otro nucleótido (Mendelson, 
2013). 
26 
 
 
Figura 12. Diagrama de una estructura de ADN de cuatro patas (Fuente: 
Mendelson, 2013). 
 
 Se adoptaron enfoques similares para crear otras estructuras de origami de ADN 
bidimensionales, como el mapa de América, delfines con colas flexibles y cinta de 
origami con pozos definidos (Fig.13). El origami de ADN se ha utilizado desde 
entonces para crear estructuras complejas en 3 dimensiones, las geometrías de 
origami de ADN en 1 dimensión son muy prometedoras para el uso en circuitos 
nanoelectrónicos complejos (Catherall, 2014; Jungmann, 2012; Li, 2014; 
Rothermud, 2006) 
. 
27 
 
 
Figura 13. Formas de ADN origami (Rothermud, 2006). 
 
LÍPIDOS 
Los lípidos son compuestos de almacenamiento de energía, aunque también 
forma parte de los componentes celulares esenciales para la estructura de 
membrana, así como de algunas paredes celulares y la función de las membranas. 
Son moléculas anfipáticas, es decir, poseen propiedades tanto hidrofóbicas e 
hidrofílicas (Madigan, 2009; Tortora, 2007; Waigh, 2007). 
Los lípidos seclasifican en simples y complejos (Fig. 14). Los lípidos simples se 
denominan grasas o triglicéridos, contienen un alcohol denominado glicerol y un 
grupo conocidos como ácido graso. En cuanto a los lípidos complejos contienen 
28 
 
elementos como fósforo, nitrógeno y azufre. Un ejemplo de estos serían los 
fosfolípidos, los cuales se encuentran en la membrana celular (Tortora, 2007). 
 
Figura 14. Estructura química de los lípidos (Fuente: 
https://slideplayer.es/slide/3585177/ 06/01/19). 
 
Los lípidos forman estructuras que pueden ser aplicadas en bionanotecnología 
como se explica a continuación. 
Las micelas son partículas coloidales esféricas de tamaño nanométrico con un 
exterior hidrófilo (carcasa) y un interior hidrófobo (núcleo) (Kumar, 2016). Suelen 
usarse para la administración de fármacos y por diversas razones pueden superar 
algunas limitaciones de la administración oral que actúa como portadores capaces 
de mejorar la absorción del fármaco, al proporcionar: 
1) Protección del fármaco cargado contra el entorno hostil del tracto 
gastrointestinal. 
2) Liberación del fármaco en una de manera controlada en los sitios objetivo. 
3) Prolongación del tiempo de residencia en el intestino por mucoadhesión. 
https://slideplayer.es/slide/3585177/
29 
 
4) Inhibición de las bombas de flujo de salida para mejorar la acumulación de 
fármaco (Xu, 2013). 
Los liposomas son vesículas lipídicas que demuestran la capacidad de 
encapsular proteínas a través de un dominio de anclaje a la membrana y actúan 
como vehículos de administración de antígenos (Cimica, 2017). 
Los liposomas no deben confundirse con micelas, estos últimos se caracterizan 
por tener monocapas de lípidos (Fig. 15). Los liposomas están generalmente 
compuestos por una o más bicapas de una molécula lipídica alifática dispuesta para 
formar una vesícula. Esta formación de vesículas permite la encapsulación de 
medicamentos, vacunas u otros materiales dentro de sus paredes o atrapamiento 
dentro de sus capas, dependiendo del material a entregar. Los liposomas se han 
clasificado como aquellos que han sido diseñados para provocar una respuesta 
inmune a un antígeno contenido y aquellos cuya superficie ha sido recubierta con 
PEG (Polietilenglicol) o un polímero similar para mitigar o suprimir la respuesta 
inmune. En general, los liposomas con superficies con carga positiva son más 
propensos a provocar una respuesta inmune que las partículas con carga negativa 
o neutrales (Naahidi, 2013). 
30 
 
 
Figura 15. Estructura de liposoma y micela (Fuente: 
https://es.khanacademy.org/science/biology/membranes-and-transport/the-
plasma-membrane/a/structure-of-the-plasma-membrane 06/01/19). 
 
CARBOHIDRATOS 
Son compuestos orgánicos que contienen carbono, hidrogeno y oxígeno. En la 
membrana celular cuando estos se combinan con proteínas y lípidos, para formar 
glicoproteínas y glicolípidos, los cuales tienen funciones como moléculas receptoras 
de superficie, y se encuentran en la parte externa de la membrana en contacto con 
el medio que rodea a la célula. (Madigan, 2009; Tortora, 2007). 
Los polisacáridos son carbohidratos que contienen muchas unidades 
monoméricas, que se unen mediante enlaces covalentes denominado enlaces 
glicosídicos. Estos enlaces presentan dos orientaciones geométricas llamadas alfa 
(α) y beta (β). El glucógeno (Fig. 16) y el almidón están conformadas por varias 
moléculas de glucosa unidas entre los carbonos 1 y 4 con orientación alfa. Aunque 
https://es.khanacademy.org/science/biology/membranes-and-transport/the-plasma-membrane/a/structure-of-the-plasma-membrane
https://es.khanacademy.org/science/biology/membranes-and-transport/the-plasma-membrane/a/structure-of-the-plasma-membrane
31 
 
este último está compuesto por amilosa/amilopectina. En la amilosa, las moléculas 
de glucosa están conectadas con enlaces α(14), en cambio las amilopectinas se 
forman a partir de amilosas con enlaces α(16). (Fig. 17) Estas funcionan como 
reservas de energía en bacterias, plantas y animales (Madigan, 2009; Tortora, 2007; 
Waigh, 2007). 
 
Figura 16. Estructura del glucógeno (Fuente: 
http://nutricionymetabolismoglucogeno.blogspot.com/2016/ 06/01/19). 
 
 
Figura 17. Estructura del almidón (Fuente: 
http://facultatciencies.uib.cat/prof/josefa.donoso/campus/modulos/modulo6/modulo
6_7.htm 06/01/19). 
http://nutricionymetabolismoglucogeno.blogspot.com/2016/
http://facultatciencies.uib.cat/prof/josefa.donoso/campus/modulos/modulo6/modulo6_7.htm
http://facultatciencies.uib.cat/prof/josefa.donoso/campus/modulos/modulo6/modulo6_7.htm
32 
 
La celulosa (Fig. 18) está constituida por moléculas de glucosa unidas por enlace 
de tipo β(14), es el componente principal de las paredes celulares de las plantas 
y de la mayoría de las algas (Madigan, 2009; Tortora, 2007; Waigh, 2007). 
 
Figura 18. Celulosa (Fuente: 
http://www.guatequimica.com/tutoriales/carbohidratos/Polisacaridos.htm 06/01/19). 
 
La combinación de nanopartículas con carbohidratos ha provocado un 
crecimiento exponencial de las actividades de investigación para el diseño de 
nuevos bionanomateriales funcionales, nano-carbohidratos. Los recientes avances 
en la síntesis versátil de nanopartículas glicosiladas han allanado el camino hacia 
diversas aplicaciones biomédicas. La accesibilidad de una amplia variedad de estos 
nanosistemas estructurados, en términos de forma, tamaño y organización en torno 
a las nanopartículas estables, ha contribuido fácilmente a su desarrollo y aplicación 
en la nanomedicina (Jebali, 2017). 
Los polisacáridos y sus derivados se utilizan para aplicaciones biomédicas 
debido a su alta estabilidad, biocompatibilidad y, principalmente, a la 
biodegradabilidad (Dizaj, 2014). 
http://www.guatequimica.com/tutoriales/carbohidratos/Polisacaridos.htm%2006/01/19
33 
 
Un carbohidrato que se utiliza mucho en nanotecnología es la ciclodextrina (CD), 
debido a su interior hidrofóbico se aplica principalmente para la visualización de 
imágenes, suministro intracelular de colorantes o fármacos como los que se 
administran en quimioterapia. 
Las ciclodextrinas son oligosacáridos cíclicos, compuestas por unidades de D-
glicopiranosa unidas por enlaces glucosídicos α-1,4, por lo que también se conocen 
como cicloamilasa. Estas estructuras se obtienen a partir de la degradación 
enzimática del almidón por acción de la glicosil transferasa de origen bacteriano. 
Las ciclodextrinas obtenidas con mayor rendimiento son comúnmente conocidos 
como ciclodextrinas naturales y contienen seis, siete u ocho unidades de glucosa, 
siendo denominadas α-ciclodextrina (αCD), β-ciclodextrina (βCD) y γ-ciclodextrina 
(γCD), respectivamente (Fig. 19) (Barreto, 2008). 
 
Figura 19. Representación esquemática de las ciclodextrinas αCD, βCD y γCD 
(Barreto, 2008). 
 
 
34 
 
3.3.5 Auto-ensamblaje 
Una gran parte de los actuales avances en nanociencia y nanotecnología se basa 
en el proceso de autoensamblaje. Este se define como: un proceso donde surge 
una organización espontánea de subunidades para formar estructuras más estables 
y complejas, siempre y cuando las condiciones sean favorables como el solvente, 
el pH y la temperatura, el sistema minimizará su energía libre con lo cual se logra 
una organización correcta. Algunos ejemplos son la formación de la doble hélice del 
ADN, el plegamiento correcto de una proteína, la formación de la estructura 
cuaternaria entre sub-unidades de proteínas o la formación de la membrana celular 
a partir de fosfolípidos (Filipponi, 2013; Gazit, 2007; Goodsell, 2004; Hornyak, 2008; 
Kumar, 2016; Mendelson, 2013; Rogers, 2014; Waigh, 2007). 
3.3.6 Construcción “arriba hacia abajo” y “abajo hacia arriba” 
Para sintetizar materiales a nanoescala (nanopartículas) o nanodispositivos se 
emplean técnicas que pueden clasificarse como enfoques ascendentes (abajo hacia 
arriba, “Bottom-up”) y descendentes (arriba hacia abajo,“Top-down”) (Fig. 20) 
(Kumar, 2016). 
El enfoque que se le da a la técnica de abajo hacia arriba implica a la fabricación 
de átomo por átomo, molécula por molécula, agrupamiento por agrupamiento de la 
nanopartícula deseada. En otras palabras, se refiere a la formación de estructuras 
complejas mediante el ensamblaje de bloques de construcción simples. Las 
ventajas que presenta este método es que se crean nanoestructuras con menos 
defectos, una composición química más homogénea y un mejor ordenamiento a 
35 
 
corto y largo alcance. Por otra parte, una limitación que se presenta es que la 
durante la síntesis de los nanomateriales es que es difícil hacer una estructura lo 
suficientemente grande y de la calidad deseada. Un ejemplo de este enfoque se 
puede observar en la naturaleza con la construcción de nuestras células, tejidos y 
órganos (Gazit, 2006; Mendelson, 2013; Rogers, 2014; Sharon, 2012). 
De arriba hacia abajo: hace referencia a la construcción de estructuras de menor 
tamaño a partir de sistemas con mayor tamaño, es decir, mediante la reducción de 
su tamaño, usualmente mediante métodos físicos, aunque también pueden ser 
quimicos (Gazit, 2006; Mendelson, 2013; Rogers, 2014). 
 
Figura 20. Construcción de “arriba hacia abajo” y de “abajo hacia arriba” 
(https://www.intechopen.com/books/nanoelectronics-and-materials-
development/aspects-of-nanoelectronics-in-materials-development 09/03/2018). 
 
3.3.7 Importancia para la sociedad 
La bionanotecnología, al igual que sus tecnologías predecesoras, ha abierto un 
gran campo para que los científicos desarrollen nuevas estructuras a nanoescala, 
así como rediseñar la estructura de materiales naturales y sintéticos para ser 
https://www.intechopen.com/books/nanoelectronics-and-materials-development/aspects-of-nanoelectronics-in-materials-development
https://www.intechopen.com/books/nanoelectronics-and-materials-development/aspects-of-nanoelectronics-in-materials-development
36 
 
aplicados en diversas áreas como medicina o ingeniería de materiales, ingeniería 
ambiental, entre otras. El objetivo que estas tecnologías tienen es poder brindar 
soluciones a los problemas que día con día se enfrenta la sociedad, pero siempre 
teniendo en cuenta que no haya efectos perjudiciales, tanto en materia de salud, 
economía, ética y ambiental. 
Sin lugar a dudas uno de los avances que nos ha brindado la bionanotecnología 
es la posibilidad que medicamentos que son utilizados en el tratamiento contra el 
cáncer sean dirigidos con mayor efectividad hacia el tejido blanco, ayudando así 
que los efectos secundarios sean menos agresivos para el paciente, brindado una 
mejor calidad de vida durante el periodo de tratamiento. 
4 VIRUS 
Los virus son nanopartículas que tienen un uso amplio y muy importante en 
bionanotecnología. A continuación, iniciaremos la descripción de los antecedentes 
históricos y los virus más utilizados en bionanotecnología, así como algunas de sus 
aplicaciones. 
4.1 Antecedentes históricos 
Los virus son nanopartículas que actúan como agentes infecciosos que no 
poseen núcleo celular, organelos ni citoplasma, y para poderse replicar requieren 
de una célula hospedera (Black, 2012; Brooks, 2011; Madigan, 2009; Tortora, 2007). 
En la Tabla 4 se presentan algunos acontecimientos que dieron lugar al 
desarrollo de la virología. 
37 
 
Tabla 4. Principales acontecimientos históricos de la virología 
Año Acontecimiento 
S. XVIII 
Lady Wortley Montagu observó que las mujeres turcas inoculaban a sus 
hijos contra la viruela, los cuales tenían un leve desarrollo de los 
síntomas y posteriormente se hacían inmunes. 
1798 
Edward Jenner publicó resultados de 23 vacunas exitosas contra la 
viruela. 
S. XIX 
Louis Pasteur usó el término virus para cualquier agente infeccioso 
viviente. 
1884 
Charles Chamberland desarrollo el filtro bacteriano de porcelana, con 
esto se hizo posible el aislamiento, llamado “descubrimiento”, de los 
virus. El virus del Mosaico del Tabaco fue el primer virus aislado y la 
enfermedad que ocasiona, la primera en ser estudiada con el filtro de 
porcelana. 
1892 
Dimitri Ivanowski publicó estudios que mostraban que los extractos de 
hojas de plantas infectadas inducían la enfermedad del mosaico del 
tabaco incluso después de la filtración de las bacterias. 
1898 y 
1900 
Martinus W. Beijerinck publicó resultados sobre la enfermedad del 
Mosaico del Tabaco. En ellos propuso que la enfermedad era causada 
por algo diferente a las bacterias, un virus filtrable. Observo que este se 
multiplica en células vivas, pero que podía sobrevivir durante largos 
periodos en estado seco. 
1900 
Walter Reed comenzó su estudio de la enfermedad de la fiebre amarilla. 
El demostró que la fiebre amarilla se debía a un virus filtrable que se 
transmitía por mosquitos. 
1915 Frederick W. Twort aisló virus que podían atacar bacterias. 
1935 
Wendell M. Stanley cristalizó el virus del Mosaico del Tabaco y 
descubrió que era proteína casi por completo. 
Tabla construida con información de Prescott, 2004: Tortora, 2007. 
4.2. Propiedades de los virus 
A diferencia del resto de los microorganismos los virus solo poseen un tipo de 
ácido nucleico, ya sea ADN o ARN, pero nunca ambos. El cual está rodeado de una 
38 
 
cubierta proteica y en ciertos casos pueden contener otras macromoléculas como 
lípidos, proteínas adicionales e hidratos de carbono. Los virus pueden estar en fase 
extracelular o intracelular. En su forma extracelular son conocidos como viriones. 
Una vez dentro de la célula hospedadora, su fase cambia a intracelular y el virus se 
replica. Posteriormente se liberan las partículas virales completas o viriones (Black, 
2012; Brooks, 2011; Madigan, 2009; Prescott, 2004; Tortora, 2007). 
Cuando los virus penetran en la célula hospedera se libera el ácido nucleico, el 
cual tiene la información necesaria para que la célula infectada sintetice las 
macromoléculas necesarias para la producción de la progenie viral. La maquinaria 
de traducción de la célula huésped es utilizada para generar un ARN mensajero 
(ARNm) y posteriormente sintetizar las proteínas en los ribosomas. Durante este 
ciclo de replicación se generan numerosas copias de ácidos nucleicos y cubiertas 
proteicas, las cuales forman una cápside (cubierta proteínica que rodea al ácido 
nucleico del genoma), lo que permite a los virus tener estabilidad al salir y no verse 
afectados por agentes químicos o físicos. Estos nuevos virus, son capaces de 
infectar nuevas células y de llevar a cabo de nuevo el proceso de replicación. En 
cambio, las células huésped pueden sufrir efectos adversos o no, lo que puede o no 
ocasionar muerte celular (Black, 2012; Brooks, 2011; Madigan, 2009; Prats, 2006). 
4.2.1 Huéspedes víricos 
Los virus pueden infectar bacterias, hongos, algas, protozoos, plantas, 
vertebrados e invertebrados, sin embargo, solo pueden infectar un tipo de células, 
es decir, son específicos. Esta especificidad se debe a que las células huéspedes 
39 
 
poseen los requisitos necesarios para que el virus pueda fijarse en él, como 
proteínas. (Black, 2012; Madigan, 2009; Tortora, 2007). 
Para que una infección viral se lleve a cabo la superficie externa del virus debe 
establecer interacciones químicas específicas con ciertos sitios receptores de la 
superficie celular. Entre mayor sea el número de interacciones, mayor será la fuerza 
de asociación entre la célula huésped y el virus. Los sitios receptores son variados, 
por ejemplo; la pared celular del huésped, fimbrias o flagelos o las membranas 
plasmáticas (Tortora, 2007). 
4.2.2 Estructura Viral 
Como se dijo con anterioridad, los virus son los agentes infecciosos más 
pequeños, con una longitud entre 20 y 1,000 nm. En cuanto a su diámetro pueden 
medir de 20 a 300 nm, o inclusive 400 nm (Brooks, 2011; Madigan, 2009; Prescott, 
2004; Tortora, 2007). 
Los virus (Fig. 21) solamente tienen un ácidonucleico, ya sea ADN o ARN 
protegido por una cubierta proteica llamada cápside, la cual en algunos casos está 
recubierta por una envoltura que se compone de una combinación de lípidos, 
lipoproteínas glucolípidos. Las proteínas que componen la cápside reciben el 
nombre de capsómeros, generalmente son de un solo tipo de proteína, como es 
en el caso de los virus icosaédricos, por ejemplo, en el Virus del Tabaco. Sin 
embargo, en algunos casos pueden ser de diferentes tipos de proteínas, como en 
el caso de los virus complejos, por ejemplo, el bacteriófago T4 de Escherichia coli. 
El complejo de ácido nucleico y cápside se conoce como nucleocápside. En los 
virus que no tienen una envoltura, la cápside es capaz de proteger al ácido nucleico 
de las nucleasas presentes en los líquidos biológicos, además de que ayuda a que 
40 
 
se fijen mejor a las células huésped, en cambio los que presentan envoltura suelen 
ser menos resistentes a las condiciones adversas del medio ambiente como lo son: 
cambios de temperatura, pH, disolventes lipídicos, entre otros. 
 
 
A: Virus envuelto con simetría icosaédrica. 
B: Virus con simetría helicoidal 
Figura 21. Componentes de la partícula viral (Brooks, 2011). 
 
Dependiendo de la morfología de su cápside (Fig. 22), los virus pueden 
clasificarse de la siguiente manera, estas estructuras están determinadas por las 
subunidades proteicas por las que está formada: 
41 
 
 Icosaédricos: Es una estructura que tiene 20 caras y 12 vértices. Tiene una 
forma muy parecida a la esfera. Esta forma es la más eficiente, debido a que 
se requiere menos unidades para ser construida. 
 Helicoidales: Su estructura se asemeja a largos bastones que pueden ser 
rígidos o flexibles. 
 Complejos: Pueden poseer colas y otras estructuras o tener paredes 
complejas con múltiples capas que rodean al ácido nucleico 
(Black, 2012; Brooks, 2011; Madigan, 2009; Prats, 2006; Prescott, 2004; Tortora, 
2007). 
Figura 22. Estructuras víricas (Prescott, 2004). 
 
 
42 
 
4.2.3 Replicación viral 
Como se mencionó, los virus solamente pueden replicarse en células vivas. De 
ellas se obtiene todo lo necesario para que esto sea posible, es decir las enzimas 
necesarias para la síntesis proteica, los ribosomas, el tRNA, y la energía necesaria 
para la síntesis de las proteínas virales (Brooks, 2011; Madigan, 2009; Tortora, 
2007). 
La replicación viral, consta de 5 pasos fundamentales: 
1. Adsorción: o también conocida como unión, es la etapa donde el virus se une 
a la célula huésped. La célula huésped tiene en su superficie componentes 
específicos llamados receptores (Fig. 23), que suelen ser glicoproteínas 
(Black, 2012; Brooks, 2011; Madigan, 2009; Prescott, 2004). 
2. Penetración: es la entrada de viriones a la célula huésped. Al llevarse a cabo 
la unión, la célula huésped sufre cambios en su superficie, son por estos 
cambios que los virus logran penetrar dentro de ellas. Hay varias formas en que 
los viriones pueden penetrar: 
 Los virus desnudos durante la unión sufren cambios en la cápside, esto 
provoca que se liberen los ácidos nucleicos al citoplasma. 
 
Figura 23. Adsorción (Prescott, 2004). 
43 
 
 En cambio, los virus con envoltura pueden fusionarse con la membrana 
plasmática de la célula huésped (Fig. 24). Al suceder esta fusión los lípidos de 
ambas membranas se reordenan y fusionan, formándose un poro de fusión. 
La nucleocápside penetra en la matriz citoplasmática de la célula 
hospedadora. 
 
Figura 24. Fusión de una partícula viral con la membrana plasmática celular 
(Prescott, 2004). 
 
 
 Algunos virus pueden penetrar en estas células por medio de endocitosis (Fig. 
25), que es el proceso celular de absorción de materia con gasto de energía 
mediante vesículas que terminan eventualmente en el lisosoma. La envoltura 
viral se fusiona con la membrana lisosomal, se libera la nucleocápside en la 
matriz citoplasmática, una vez dentro de él el ácido nucleico viral puede 
liberarse de la cápside. 
44 
 
 
Figura 25. Endocitosis de un virus (Black, 2012). 
3. Síntesis: la síntesis de nuevas moléculas de ácido nucleico, proteínas de la 
cápside y otros componentes virales, utilizando la maquinara metabólica de la 
célula (Black, 2012; Madigan, 2009). 
4. Maduración: aquí se lleva acabo el ensamblaje de las cápsides (y los 
componentes de la membrana en los virus recubiertos), así como el 
“empaquetamiento” de los genomas víricos en los nuevos viriones (Black, 2012; 
Madigan, 2009; Tortora, 2007). 
45 
 
5. Liberación: una vez que los viriones están maduros salen de la célula huésped, 
ya sea por medio de lisis celular o por gemación o excreción dependiendo del 
virus (Black, 2012; Madigan, 2009). 
Por todas las características anteriores, los virus se consideran bionanoestructuras 
relativamente estables, que pueden ser utilizadas en tratamientos terapéuticos, sin 
embargo, debido a su capacidad de infección es que se han buscado alternativas 
seguras para que sean empleadas. 
 
5 NANOPARTÍCULAS VIRALES 
Una vez revisados aspectos básicos de la biología de los virus podemos 
adentrarnos a estudiar su aplicación en nanotecnología. 
La nanotecnología viral es una tecnología donde convergen muchas disciplinas, 
como lo son la virología, química, física, fisiología, farmacología y la ciencia de los 
materiales (Koudelka, 2010). 
Los virus han evolucionado naturalmente para infectar células huéspedes 
especificas con gran eficacia y entregar su carga de material genética, es por esta 
razón que se ha despertado un gran interés en buscar la forma de aplicarlos en 
diversos ámbitos, como lo son el desarrollo de vehículos de administración de 
fármacos y genes, obtención de imágenes de tejidos específicos, desarrollo de 
vacunas tanto para humanos como para animales, agentes antimicrobianos y 
biosensores (Crisci, 2012; Mohsen, 2017; van Rijn, 2016; Yildiz, 2011). Sin 
embargo, ya que algunos de ellos son agentes infecciosos se ha buscado la manera 
46 
 
de que puedan ser seguros para las personas, es decir, que al administrar el virus 
no se desarrolle una infección no deseada y ponga en riesgo al paciente, así como 
evitar que haya una propagación de dicha enfermedad. Razón por la cual se han 
llevado investigaciones exhaustivas para lograr dicho cometido. 
Hay varios autores que utilizan indiscriminadamente los términos nanopartículas 
virales (VNP) y partículas tipo virus (VLP), sin embargo, se debe hacer mención que 
no es lo mismo. Las VNP son formulaciones de nanopartículas basadas en virus (es 
decir complejos de ribonucleoproteínas) que se pueden usar como bloques de 
construcción para nuevos nanomateriales. Estas partículas pueden ser 
bacteriófagos o virus de plantas o animales y pueden o no ser infecciosos. En 
cambio, las VLP son un subconjunto de las VNP expresadas en sistemas 
heterólogos y que no contienen material genético, por lo que no son infecciosos y 
por lo mismo son más usados en bionanotecnología (Steinmetz, 2010; Wen, 2016; 
Yildiz, 2011). En este trabajo se manejará el concepto de VLP, por lo cual se 
profundizará más en ellos. 
Los virus codifican para proteínas para obtener estructuras estables que se auto-
ensamblan en las células hospederas infectadas para empaquetar sus genomas. 
Sin embargo, si las proteínas de la cáspide se ensamblan en ausencia del material 
genético entonces podrían obtenerse partículas víricas no infecciosas (López-
Sagaseta, 2016). Estas partículas víricas no infecciosas se conocen como 
“Partículas similares a virus” (VLP, por sus siglas en inglés). 
Las VLP son complejos de proteínas estructurales capaces de auto-ensamblarse 
y forman estructuras similares a la de los virus nativos, aunque no poseen material 
47 
 
genético alguno, por lo cual no pueden infectar células ni tienen capacidad de 
autorreplicarse en su interior. De forma similar a los virus, las VLP son clasificadasen envueltas y no envueltas (Fig. 26). Las primeras están compuestas por una sola 
proteína de la cápside y pueden producirse en sistemas de expresión procariotas y 
eucariotas, por lo que son más fáciles de producir y purificar (Lua, 2014; Naskalska, 
2015). Las segundas (VLP con envoltura) consisten en proteínas de la matriz vírica 
envueltas en una membrana lipídica derivada del huésped de expresión por lo que 
suelen tener glicoproteínas incrustadas en el lípido. Estas adquieren sus 
membranas lipídicas durante el ensamblaje y cuando salen de la célula huésped 
pueden integrar antígenos de diferentes patógenos, aunque también pueden 
contener proteínas del huésped que pueden afectar las aplicaciones posteriores 
(Lua, 2014; Naskalska, 2015). 
 
48 
 
Figura 26. Formación de VLP no envueltas y envueltas (Naskalska, 2015). 
La tecnología VLP suele verse limitada por las dificultades de ampliación viral en 
un huésped y la necesidad de purificación de los sistemas de expresión, esto debido 
a que, si no se lleva adecuadamente la purificación, puede irse material genético y 
provocar reacciones adversas en aplicaciones biomédicas en sistemas in vivo. 
5.1 Sistemas de expresión 
Se debe de tener en cuenta la complejidad de las VLP para poder seleccionar el 
sistema de expresión adecuado (Fig. 27), debido a que varios enfrentan diferentes 
dificultades como son la purificación, el ensamblaje, las modificaciones post-
traduccionales, el costo y tiempo, entre otros. Los sistemas de expresión que se 
utilizan son: bacterias, levaduras, sistemas de baculovirus, células de mamíferos y 
49 
 
plantas (Cimica 2017; Huang, 2017; Kushnir, 2012; Lua, 2014; Mohsen, 2017; 
Shirbaghaee, 2016). 
 
Figura 27. Sistemas de producción de VLP’s (Modificada de Cimica, 2017). 
5.1.1 Sistemas de bacterias 
Las bacterias son el sistema de expresión más ampliamente utilizado para 
producir proteínas recombinantes, sin embargo, hay varios factores por los cuales 
no suele ser el más adecuado como sistema de expresión de VLP, como: 
a) Falta de capacidad para generar proteínas recombinantes con 
modificaciones post-traduccionales, similares a las células de mamíferos. 
b) Falla en producir los enlaces disulfuro correctos entre cisteínas. 
c) Falta de solubilidad en la proteína. 
d) La existencia de lipopolisacáridos (LPS) y/o endotoxinas provenientes de las 
bacterias que se utilizan en la producción de proteínas recombinantes. 
50 
 
A pesar de estos factores las bacterias se utilizan para producir VLP sin 
envoltura mediante un bacteriófago recombinante con epítopos extraños fusionados 
a proteínas de superficie (Kushnir, 2012; Naskalska, 2015; Shirbaghaee, 2016). 
El sistema de expresión bacteriano más utilizado es Escherichia coli debido a 
que presenta diversas ventajas tales como: su cultivo es barato, tiene altos niveles 
de expresión, es de fácil ampliación y tiene tiempos cortos de crecimiento. 
Alternativamente se han usado Lactobacillus sp. y Pseudomonas sp. Para producir 
exitosamente VLPs (Huang, 2017; Naskalska, 2015). 
5.1.2 Sistemas de levaduras 
Este sistema es una alternativa a las bacterias, sobre todo para resolver el 
problema de las endotoxinas bacterianas, en especial en el desarrollo de vacunas. 
La levadura es una plataforma bien establecida para la expresión de proteínas 
recombinantes. Difieren de las células mamíferas en su modificación post-
traduccional de las proteínas expresadas, particularmente por la generación de 
patrones de glicosilación en proteínas. Es por esta razón que se utiliza la levadura 
en la producción de VLP sin envolturas. Las principales levaduras utilizadas son: 
Pichia pastoris, Saccharomyces cerevisiae y Hansenula polymorpha (Kushnir, 2012; 
Naskalska, 2015; Shirbaghaee, 2016). 
5.1.3 Células de insectos 
Los insectos con otros sistemas son ampliamente utilizados debido a que tienen 
bajo costo, facilidad para amplificación, y se pueden utilizar para la expresión 
simultánea de proteínas que facilita el ensamblaje de las VLP, posee Modificación 
51 
 
post-traduccional (PTM) de las proteínas diana que son similares a las células 
mamíferas. 
Las células de insectos pueden generar VLP envueltas y no envueltas, esto 
depende de las células de insectos que se utilices. La principal limitación del sistema 
es la contaminación de proteínas con las partículas de baculovirus envueltas, lo que 
significa que se requieren procesos más complejos para la purificación de las VLP 
(como lo serian la precipitación con sulfato de amonio, calor o cambios en el pH, 
también por medio de cromatografía). Generalmente se utilizan procesos simples 
de purificación, por ejemplo, la centrifugación de gradiente, la microfiltración y la 
ultrafiltración. (Brook, 2011; Hervas-Stubbs, 2007; Kushnir, 2012; Naskalska, 2015; 
Prescott, 2004; Shirbaghaee, 2016). 
5.1.4 Células mamíferas 
Las células mamíferas suelen ser los mejores sistemas de expresión para las 
VLP debido a que tienen la capacidad de llevar a cabo las complejas modificaciones 
post-traduccionales requeridas para el adecuado plegamiento de las proteínas de 
la cápside viral. Los genes que codifican para proteínas virales de interés se 
introducen en la célula huésped mediante transferencia de plásmidos o 
transducción viral (utilizando retrovirus, lentivirus, adenovirus o virus 
adenoasociados para células de mamíferos). Es por esto que el ensamblaje de 
estas proteínas en VLP se asemeja mucho a la formación de partículas virales 
nativas. A pesar de todo lo anterior entre las desventajas que presentan son altos 
costos de producción, posibles problemas de bioseguridad y dificultad para 
52 
 
aumentar tener altos rendimientos de producción (Kushnir, 2012; Naskalska, 2015; 
Roldão, 2011; Shirbaghaee, 2016). 
5.1.5 Sistemas de plantas 
Las plantas han demostrado tener un gran potencial para la producción de 
proteínas recombinantes para fines industriales o farmacéuticos, incluido el 
desarrollo de vacunas. Se pueden expresar y ensamblar VLP con y sin envoltura. 
Este sistema es rápidamente implementado, rentable, escalable y libre de 
patógenos de mamíferos. Además, la estructura de la proteína, el ensamblaje y los 
PTM en las plantas son similares a los obtenidos en células de mamíferos (Kushnir, 
2012; Naskalska, 2015; Shirbaghaee, 2016). 
En todos los casos de sistemas de expresión el ensamblaje de estas VLP, se 
deben a las proteínas de los capsómeros, y no al material genético. Con respecto a 
la purificación que se utilizan, generalmente son por medio de procesos físicos, por 
ejemplo, la centrifugación. Sin embargo, cuando se verifica que los virus no 
contengan material genético o proteínas de los sistemas de expresión, se buscan 
alternativas como lo es la cromatografía para así garantizar que son seguros para 
ser utilizados, también pueden ser utilizados. 
5.2 Métodos de modificación de la cápside de los VLP 
Los virus toleran una amplia gama de modificaciones químicas que incluyen 
condiciones de reacción, valores de pH y temperaturas. Sin embargo, los virus 
nativos y sus cápsides no tienen todas las propiedades y funcionalidades que se 
requieren, por ejemplo, mayor afinidad hacia ligando, estabilidad química, 
53 
 
conformacional. Debido a esto las VLP obtenidas deben ser modificadas por medios 
químicos y/o mediante ingeniería genética. Estas modificaciones permiten el uso de 
las VLP en aplicaciones diversas (Fig. 28), entre las que se incluyen su uso para la 
obtención de imágenes biomédicas, administración de fármacos, regeneración de 
tejidos y biosensores, así como desarrollo de materiales para catálisis y generación 
de energía (Mateu, 2010; Mohan, 2016) 
 
Figura 28. Usos de las VLP’s (Yildiz, 2011). 
MODIFICACIÓN GENÉTICA DE LOS VIRUS 
Las VNP/VLP se ensamblan a partir de subunidades de proteínas cuya estructura 
y propiedades fisicoquímicas que se pueden modificar medianteingeniería 
genética. La ingeniería genética permite insertar aminoácidos, como lo serían la 
lisina, cisteína, ácido aspártico, ácido glutámico y tirosina, en la superficie de la 
proteína viral que pueden permitir su subsecuente bioconjugación, o que debido a 
su alta afinidad funcionen como ligandos dirigidos o epítopos para estimular la 
54 
 
respuesta inmune mediante el uso de biomarcadores de proteína hasta moléculas 
pequeñas como cristales inorgánicos (Mohan, 2016; Yildiz, 2011). 
En pocas palabras las modificaciones genéticas permiten la inclusión de 
aminoácidos no nativos (quiméricas) en la secuencia de la proteína de la cubierta y, 
por lo tanto, intercambian o introducen aminoácidos individuales, así como 
secuencias polipeptídicas (Fig. 29) (Van Rijin, 2016). 
 
Figura 29. Modificaciones genéticas (Yildiz, 2016). 
 
55 
 
MODIFICACIÓN QUÍMICA DE LOS VIRUS 
La forma más sencilla de modificar químicamente las superficies exteriores de 
los virus es mediante técnicas de bioconjugación (Ma, 2012). La bioconjugación se 
trata de abordar las cadenas laterales reactivas accesibles de aminoácidos tales 
como la lisina, císteina, aspartato y glutamato para hacerlas reaccionar con 
moléculas. Las reacciones químicas más usadas son la reacción de N-
hidroxisuccinimidilo (NHS), la adición de Michael a maleimidas y la activación de 
carbodiimida. Estas bioconjugaciones se han utilizado para unir ácidos nucleicos, 
polímeros y moléculas pequeñas a las superficies internas y externas de las 
cápsides virales (Fig. 30) (Pokorski, 2010; Yildiz, 2011). Estas modificaciones 
químicas en la superficie pueden dotar a las proteínas virales con nuevas 
propiedades tales como nueva o alta afinidad de unión, alterar la carga de la 
superficie, hacerlas fluorescentes o incluso aumentar la estabilidad de las partículas 
del virus hacia solventes orgánicos (Van Rijin, 2016). 
56 
 
 
pAF: p-aminofenilalanina 
NHS: N-hidroxisuccinimida 
 
Figura 30. Modificaciones químicas (Wen, 2016). 
57 
 
Con estas modificaciones se pueden obtener nanopartículas como lo son las 
VNP, VLP o VLP hibridas (son VLP’s con moléculas diferentes al material genético 
en su interior) (Fig. 31). 
 
Figura 31. Autoensablaje/encapsulación (Yildiz, 2016). 
 
 
58 
 
5.3 Principales nanopartículas virales usadas en 
Bionanotecnología 
a) VIRUS DEL MOSAICO DEL CAUPÍ 
El virus del mosaico del caupí (CPMV) pertenece a la familia Comoviridae, la 
cual ha sido estudiada durante 50 años debido a su biocompatibilidad con células 
humanas, alta tolerancia al estrés, baja toxicidad y diversas posibilidades para la 
modificación de la superficie mediante conjugación química o ingeniería genética. 
CPMV tiene una simetría icosaédrica y un diámetro aproximado de 30 nm. Está 
formado por 60 copias de 2 tipos de proteínas de cubierta de las cuales una es 
subunidad pequeña (denominada S) de 24 kDa conformada por el dominio A y la 
subunidad grande (denominada L) de 41 kDa compuesta por los dominios B y C 
(Fig. 32). La superficie interna es hidrófoba y a pH neutro está cargado 
positivamente debido a la extensa presencia de residuos básicos de lisina y 
arginina. 
El CPMV es un virus estable en un rango de temperatura de hasta 60°C, un pH 
de entre 3 a 9 y bajo ciertos solventes orgánicos. Además de que la capa de 
proteínas puede modificarse químicamente mediante sus grupos amino, carboxilo 
o tiol localizados en su superficie exterior. Los virus del CPMV se acumula en altos 
niveles al infectar plantas (facilitando la expresión y purificación a gran escala a 
partir de las hojas infectadas). Se ha estudiado ampliamente porque funciona muy 
bien como andamio a nanoescala para el diseño de vacunas, administración de 
fármacos y productos terapéuticos. 
59 
 
Tanto los CPMV “nativos” como los que han sido modificados han sido decorados 
y funcionalizados con polietilenglicol, moléculas fluorescentes, ADN, proteínas o 
nanopartículas de oro. 
Las partículas de CPMV son absorbidas por diversos tipos de células 
presentadoras de antígeno tanto de manera in vivo como in vitro después de ser 
administradas de manera parenteral u oral. Es por esto que se han desarrollado 
nanopartículas como anticuerpos, dendrímeros, liposomas, nanocapsulas, puntos 
cuánticos y virus. El rendimiento que se obtiene de las plantas infectadas es de 1-
2g del virus por cada kilo de planta (1-2g/kg). 
(Brunet, 2010; Culver, 2008; Evans, 2008; Koudelka, 2009; Lee, 2012; Liu, 2012; 
Ma, 2012; Manchester, 2009; Matijević, 2012; Medintz, 2005; Plummer, 2011; Wen, 
2012). 
La estructura de la cápside del virus del mosaico de Cowpea (CPMV). CPMV cápside (a) y 
la unidad asimétrica (b). La cápside de CPMV se compone de la subunidad pequeña (S) y 
grande (L). El dominio A se muestra en azul, el dominio B en verde y el dominio C en 
naranja. 
Figura 32. Estructura de CPMV (Evans, 2008). 
60 
 
b) VIRUS DEL MOTEADO CLORÓTICO DEL CAUPÍ 
El virus del moteado clorótico del Caupí (CCMV) es un miembro de la familia de 
los Bromoviridae. Es un virión icosaédrico con un diámetro de 28 nm 
aproximadamente y está compuesta de 180 copias de una sola subunidad proteica 
que se autoensambla para encapsular su ARN genómico (Fig. 33). 
El CCMV puede ser redirigido no solo para ensamblarse de manera esférica, sino 
también en estructuras como tubos y hojas hexagonales. La estabilidad de dichas 
estructuras depende del pH de la solución y las condiciones iónicas, esto debido a 
que el ensamblaje está modulado por las interacciones electrostáticas entre las 
proteínas de cubierta. 
A ciertos valores de pH la cubierta experimenta una hinchazón reversible, lo que 
proporciona una estrategia para la carga y descarga de moléculas diana. 
El CCMV se puede obtener de plantas infectadas, pero los sistemas basados en 
levaduras también pueden usarse para la obtención de las proteínas de cápside, las 
cuales se autoensamblan en VLP. 
En este caso se ha llegado a obtener 1-2 mg del virus por cada gramo de planta 
infectada. 
(Culver, 2008; Evans, 2008; Lee, 2012; Liu, 2012; Ma, 2012; Manchester, 2009; 
Plummer, 2011). 
61 
 
 
Figura 33. Estructura de CCMV (Manchester, 2009). 
c) VIRUS DEL MOSAICO DEL TABACO (TMV) 
El virus del Mosaico del Tabaco (TMV) fue el primer virión purificado en 1935. 
Consiste en 2,130 subunidades de proteínas idénticas que se auto-ensamblan en 
forma de barra o rodillo con una longitud de 300 nm y un diámetro de 18 nm y con 
una cavidad de 4 nm donde se encuentra su ARN genómico (Fig. 34). El TMV tiene 
una superficie interna y externa rica en residuos de aminoácidos con carga positiva 
y negativa del tipo glutamato, aspartato, lisina y arginina, que pueden servir como 
centros de nucleación de deposición de materiales inorgánicos, orgánicos y 
biológicos. 
El TMV se puede purificar de plantas de tabaco infectadas, se ha reportado que 
a nivel industrial se han logrado obtener cantidades en kilogramos, aunque no 
mencionan cifra como tal. Posee una estabilidad en un rango de pH de entre 3.5-9, 
a una temperatura de hasta 90°C y en entornos químicos. Debido a que no infecta 
62 
 
animales y se pueden obtener grandes cantidades las VLP del TMV son una 
plataforma ideal para vacunas. 
(Culver, 2008; Evans, 2008; Lee, 2012; Ma, 2012; Manchester, 2009; Matijević, 
2012; Plummer, 2011). 
 
Figura 34. Estructura de TMV (Plummer, 2011). 
 
d) Virus X de la Papa (PVX) 
Pertenece al grupo de Potexvirus, el cual es un género de virus patógenos del 
orden Tymovirales, en la familia Alphaflexiviridae. Las plantas sirven de 
hospedadores naturales. Posee una forma de barra flexible de 515 nm de longitud, 
está compuesta de 1,270 subunidades idénticas de 25 kDa. Es un virus de reciente 
estudio y uso en bionanotecnología pero muy prometedor, debido a que está en 
investigación su uso como acarreador de Doxorubicina (DOX), el cual es un fármaco 
utilizadoen el tratamiento contra el cáncer, ya que se ha visto que tiene buen flujo 
y penetración del tumor (Fig. 35) (Culver,2015; Le, 2017; Plummer, 2017). 
 
63 
 
 
Figura 35. Estructura de PVX (Le, 2017). 
e) VIRUS DEL MOSAICO NECRÓTICO DEL TRÉBOL ROJO (RCNMV) 
Es un virus de planta que pertenece al género Dianthovirus y a la familia de 
Tombusviridae. Es transmitido mediante el suelo, consta de 180 copias de 
subunidades proteicas idénticas de 37 kDa, formando una figura icosaédrica de 
diámetro externo de 36 nm y de un diámetro interno de 17 nm (Fig. 36). Se ha 
demostrado que la cápside de este virus puede ser un contenedor muy versátil para 
empaquetar compuestos de nanopartículas de diámetro entre 3-15 nm. Esto debido 
a que se ha observado que, en respuesta a cationes divalentes tales como Ca2+ y 
Mg2+, el RCNMV sufre una transición estructural dando como resultado la formación 
de poros superficiales por los cuales se pueden introducir nanopartículas 
inorgánicas como el oro (Au), para la obtención de imágenes. También se ha llegado 
a decorar con ácido fólico y transferrina para atacar células cancerosas. 
(Culver, 2008; Evans, 2008; Lockney, 2010; Ma, 2012; Sherman, 2006; 
Steinmetz, 2010). 
 
64 
 
 
Figura 36. Estructura RCNMV (Sherman, 2006). 
f) VIRUS DEL MOSAICO AMARILLO DEL NABO (TYMV) 
Es un miembro de la familia Tymoviridae, posee una forma icosaédrica con un 
diámetro de entre 28-230 nm, está formado por 180 unidades proteicas 
químicamente idénticas de 20 kDa (Fig. 37). 
Puede ser aislado del nabo o de la col china, mientras que las cápsides vacías 
se pueden obtener de manera artificial mediante la manipulación del virus a bajas 
presiones, en ambientes básicos, ciclos de congelación-descongelación. Estos 
métodos también pueden inducir a la formación de agujeros en la cápside, lo que 
permite la introducción de nanomateriales en el interior. 
65 
 
Cabe resaltar que el TYMV es estable hasta en una solución con 50% de 
disolvente orgánico, en un intervalo de pH entre 4 y 10, y a temperaturas de 4 - 
60°C. 
(Evans, 2008; Lockney, 2010; Ma, 2012; Manchester, 2009). 
 
Figura 37. Estructura TYMV (Manchester, 2009). 
g) Bacteriófago M13 
Un bacteriófago se refiere a un virus que es capaz de infectar bacterias. El M13 
se trata de un virus filamentoso (tipo varilla) con una longitud de 860 nm y un 
diámetro de 6.5 nm (Fig. 38). Está compuesto por un ADN circular de cadena 
sencilla, el cual se encuentra encapsulado en aproximadamente 2,700 copias de la 
proteína P8, que es la cubierta principal, coronada por 5 copias de las proteínas de 
la cubierta secundaria (P9, P7, P6 y P3) en sus extremos. 
Se ha usado principalmente para el desarrollo de vacunas contra infecciones 
parasitarias, como es la causada por Taenia solium, el cual produce la enfermedad 
de teniasis. También se puede diseñar con ayuda de las modificaciones químicas 
66 
 
y/o genéticas, para que reconozca un objetivo específico (por ejemplo, células, 
tejidos u órganos) con lo cual se amplía su espectro de aplicación. 
(Lee, 2012; Ma, 2012; Plummer, 2011). 
 
Figura 38. Estructura Bacteriófago M13 (Ma, 2012). 
h) VIRUS ADENOASOCIADO 
Los virus adenoasociados (AAV) (Fig. 39) fueron descubiertos como 
contaminantes en las preparaciones de adenovirus en 1965. Pertenecen a la familia 
Parvoviridae y al género Dependovirus. El AAV no es un mutante defectivo del 
adenovirus si no que se trata de un virus que no está relacionado con él, pero que 
habita en las mismas células hospedadoras. Estos virus requieren de un virus 
auxiliar como el adenovirus y el virus del herpes para que puedan replicarse 
(Madigan, 2009). 
67 
 
El AAV es particularmente popular debido a su muy baja inmunogenicidad, 
incapacidad para auto-replicarse y capacidad para atacar células que no se dividen 
(Wen, 2016). 
Los vectores de AAV también se han mejorado por mutación dirigida de sitio de 
tirosinas a fenilaninas en la cápside del virus. Esta modificación eliminó algunos 
sitios de fosforilación, lo que redujo tanto la respuesta inmunitaria de las células T 
citotóxicas como la degradación del virus en las células, lo que condujo a una mejor 
expresión de los transgenes (Cortajarena, 2016). 
 
Figura 39. Estructura de virus adeno-asociadado (Fuente: Asbtec). 
 
 
 
68 
 
6 APLICACIONES DE LAS NANOPARTÍCULAS VIRALES 
6.1 Vacunas 
Tradicionalmente, las vacunas contra enfermedades virales se han preparado a 
partir de cepas virales infeccionas atenuadas, inactivadas o toxinas (toxoides). A 
pesar del beneficio que han dado a la sociedad, se han encontrado problemas con 
las vacunas atenuadas, ya que se ha observado que pueden llegar a presentar 
reversión de la virulencia y la virulencia residual, esto quiere decir que la persona 
que ha sido vacunada llega a desarrollar la enfermedad asociada, presentado 
también el riesgo de transmitirla. En cuanto a las vacunas inactivas, se requieren de 
varias dosis para obtener la respuesta inmune, esto debido a que no se pueden 
replicar de manera controlada después de ser administradas. 
El objetivo de la vacunación es iniciar una respuesta inmune que conduzca a un 
desarrollo de una inmunidad duradera y protectora. Esto es posible principalmente 
debido a varios parámetros: 
1) La capacidad de replicación de los virus atenuados 
2) Su geometría de superficie repetitiva 
3) La naturaleza de las partículas 
4) La capacidad de estimular respuestas inmunes innatas y adaptativas. 
Gracias al desarrollo de las vacunas se han podido controlar y prevenir 
enfermedades infecciosas como la poliomielitis, viruela, sarampión, tosferina, 
tétanos, fiebre amarilla, paperas, rubeóla, influenza, hepatitis A, entre otras. Cabe 
resaltar que las vacunas no se limitan solamente a la población humana, también 
69 
 
se han desarrollado vacunas para que sean aplicadas en animales de uso ganadero 
y doméstico. A pesar de los avances que se han dado hoy en día para la producción 
de vacunas, hay ciertos tipos de virus que representan un gran reto para que se 
logre desarrollar una vacuna segura, como en los casos del VIH, norovirus, Zika, 
Chikungunya, Ébola, etc., por lo cual se buscaron formas alternativas para el 
desarrollo de la vacuna. 
VACUNAS A BASE DE VLP 
Debido a las dificultades en la producción y los problemas de seguridad que 
causan contraindicaciones en pacientes inmunodeficientes, se han buscado formas 
alternativas para el desarrollo de vacunas. Para sortear estos puntos, el desarrollo 
de partículas similares a virus (VLP) ha tenido un impacto enorme en el área de 
vacunación. Desde el descubrimiento de la primera VLP derivada de la hepatitis B 
en 1980, el campo se ha expandido sustancialmente. 
Las VLP constituyen una herramienta versátil en el desarrollo de vacunas, debido a 
sus características inmunológicas favorables: 
i) Tamaño: La mayoría de las VLP tienen un diámetro de entre 20 y 100 nm, 
un tamaño que permite la entrada libre en los vasos linfáticos y la 
captación óptima por parte de las células presentadoras de antígenos. 
ii) La geometría superficial repetitiva 
iii) La capacidad de inducir respuestas inmunitarias, tanto innatas como 
adaptativas. 
70 
 
Si se hace una comparación con las vacunas tradicionales, las VLP cumplen los 
parámetros necesarios para que puedan ser utilizadas como vacunas, sin embargo, 
estas últimas presentan una ventaja la cual es que, al carecer de material genético, 
no hay riesgo de que se desarrolle la enfermedad en la persona. 
Aunque se ha demostrado que las vacunas basadas en VLP solas son más 
eficaces que las vacunas de subunidades, la formulación con adyuvantes aún puede 
ser necesaria para optimizar su actividad y mejorar su potencia. De hecho, los 
adyuvantes son una clase de moléculas inmunomoduladoras capaces de aumentar 
la efectividad y seguridad de la vacuna. 
El desarrollo de la formulación se ha centrado