Las macromoléculas que constituyen un material polimérico normalmente no son todas igual de largas. Al contrario, las diferentes cadenas tienen distintos pesos moleculares que siguen alguna distribución estadística. Se dice por ello que tienen dispersidad. No obstante, existe un tipo de material polimérico que se puede sintetizar de modo que exista uniformidad de pesos moleculares de todas sus macromoléculas constituyentes; se trata de los dendrímeros.
La palabra dendrímero procede del griego dendron, que significa árbol, debido a que en estos polímeros las cadenas adoptan una disposición ramificada. Cada macromolécula de este tipo puede alcanzar un tamaño del orden de la decena de nanómetros y su forma es normalmente esferoidal, pero también se pueden sintetizar en forma de tubos, cestos y otras. En la figura 6.21 se muestra simplificadamente la estructura de uno de los dendrímeros más estudiados: la poliamidoamina.
La poliamidoamina consiste en un núcleo central de etilendiamina (señalado como Nu en la figura 6.21) al que están conectados cuatro brazos de N-(2-aminoetil)propanamida. A este conjunto se le llama generación cero (G0) del polímero. La N-(2-aminoetil) propanamida termina en un grupo amino (–NH2). Si se le quitan sus hidrógenos y se sustituyen por nuevos grupos de N-(2-aminoetil)propanamida (de color naranja en la figura 6.21) se obtiene la generación 1 (G1). Así sucesivamente se pueden ir sintetizando más generaciones, como se esquematiza en la figura 6.22 para un dendrímero en general.
Cada generación de poliamidoamina tiene aproximadamente el doble de átomos y el doble de grupos –NH2 terminales que la anterior. Así, la G0 tiene 84 átomos y 4 grupos terminales; la G1, 228 átomos y 8 grupos terminales; la G2, 516 átomos y 16 grupos –NH2. Se ha sintetizado poliamidoamina al menos hasta la generación 10.
El hecho de que los dendrímeros tengan tantas ramas hace que estos compuestos sean clasificados dentro de los llamados polímeros hiperramificados, con la peculiaridad de que el modo y el grado de ramificación de un dendrímero son uniformes. Por otro lado, cuantas más ramas tenga la macromolécula, más difícil será que pueda seguir creciendo, ya que las ramas llegarán a estar demasiado juntas y no encontrarán hueco.
En general, las primeras generaciones de los dendrímeros tienen propiedades parecidas a las de otros polímeros en el sentido de que tienden a ser flexibles y a adoptar diversas conformaciones. Pero a partir de cierta generación comienzan a ser más rígidas. Hay que tener en cuenta que estas moléculas no son planas, como se ha representado simplificadamente en la figura 6.21, sino tridimensionales. En cuanto a la uniformidad de tamaños de las macromoléculas que forman cualquier muestra del material, la figura 6.23 muestra elocuentemente la diferencia de dispersidad entre un dendrímero y un polímero típico. En el caso del dendrímero, prácticamente todas las moléculas tienen el mismo peso molecular; en el otro polímero hay una ancha distribución de pesos moleculares.
No es difícil dirigir químicamente la formación de un dendrímero y obtener variantes de él. Así, para conseguir propiedades que los hagan aptos para determinadas aplicaciones se pueden funcionalizar sus grupos terminales, es decir, unir a ellos otros grupos químicos funcionales (como –OH, –COOH, –NH2…). Por otro lado, son muy importantes las cavidades que existen en el interior de cada macromolécula, ya que dentro de ellas se pueden introducir moléculas pequeñas. Estas propiedades, su buena solubilidad en general y su baja citotoxicidad permiten que los dendrímeros tengan aplicaciones farmacológicas y médicas muy importantes. Normalmente, la acción farmacológica del dendrímero se basa en la capacidad de reconocer a células diana (por ejemplo, cancerígenas) mediante los grupos funcionales de la capa exterior y liberar en dichas células algún fármaco que lleven dentro (encapsulado durante la formación del dendrímero) o en su superficie, unido covalentemente. Es decir, el dendrímero lleva el medicamento solo donde se necesita. La figura 6.24 muestra el proceso en un caso concreto.
Los dendrímeros también pueden transportar e inocular en el núcleo celular material genético, por lo que son agentes de transfección ideales en terapia génica, técnica consistente en la inserción de elementos que no están en el genoma para tratar alguna enfermedad. También se han probado como barreras antivirales; en geles microbicidas; como vacunas; o como agentes de contraste en resonancia magnética nuclear.
[1] Imagen: M. Florendo. Molecules 23 (2018) 2238. https://doi.org/10.3390/molecules23092238.
[2] Imagen adaptada de M. Sowinska y Z. Urbanczyk-Lipkowska. New J. Chem. 38 (2014) 2168. https://doi.org/10.1039/C3NJ01239E.
[3] Imagen: M. V. Walter y M. Malkoch. Chem. Soc. Rev. 41 (2012) 4593–4609. https://doi.org/10.1039/C2CS35062A.
[4] Imagen: N.T.T. Le et al. Pharmaceutics 11 (2019) 591. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics11110591.
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Carlos Romero Muñiz, José M.ª Gavira Vallejo: Noventa materiales de ingeniería para la enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/90mi/ .
