227
ekaia
ZIENTZIA e a TEKNOLOGIA
ALDIZKARIA
ISSN 0214-9001 – eISSN 2444-3255
Ekaia, 2022, 42, 227-239
h ps://doi.o g/10.1387/ekaia.22809
* Ha emane an ja zeko / Co esponding au ho : Lei e Celaya Azcoaga. Kimika Ez-o ganikoa Saila. Zien zia e a Teknologia
Fakul a ea. Euskal He iko Unibe si a ea (UPV/EHU) e a BCMa e ials (Basque Cen e o Ma e ials, Applica ions and Nanos-
uc u es), UPV/EKUko Zien zia Pa kea, Ba io Sa iena, z/g (48940 Leioa, Bizkaia). – [email p o ec ed] – h ps://
o cid.o g/0000-0003-2943-530X
Nola aipa u / How o ci e: Celaya Azcoaga, Lei e; Fidalgo-Ma ijuan, A kai z; Fe nández de Luis, Robe o (2022). «Sa e me al-
o ganikoe an oina i u ako a makoen libe azio-sis emak: biomolekulak a xiki zeko un zionalizazio-es a egiak». Ekaia, 42,
2022, 227-239. (h ps://doi.o g/10.1387/ekaia.22809).
Jaso ze-da a: 2021, maia zak 14; Ona ze-da a: 2021, uz ailak 29.
ISSN 0214-9001 - eISSN 2444-3255 / © 2022 UPV/EHU
Lan hau C ea i e Commons Ai o u-EzKome ziala-LanE a o i ikGabe 4.0 Nazioa ekoa
lizen zia ba en mende dago
Sa e me al-o ganikoe an oina i u ako a makoen
libe azio-sis emak: biomolekulak a xiki zeko
un zionalizazio-es a egiak
(Me al-o ganic F amewo k-based d ug deli e y sys ems:
biomolecules’ inco po a ion unc ionaliza ion s a egies)
Lei e Celaya Azcoaga1,2*, A kai z Fidalgo-Ma ijuan1, Robe o Fe nández de Luis1
1 BCMa e ials, Basque Cen e o Ma e ials, Applica ions and Nanos uc u es.
UPV/EHUko Zien zia Pa kea, Leioa
2 kimika o ganikoa e a Ezo ganikoa saila. Zien zia e a Teknologia Fakul a ea,
Euskal He iko Unibe sia ea (UPV/EHU)
LABURPEnA: Sa e me al-o ganikoe an (MoF, me al-o ganic amewo k, ingelesez) oina i u ako
a makoen libe azio kon ola u ako e abil zen di en sis emak (DDS, d ug deli e y sys em, ingelesez)
o ain a e e abili ako sis ema adizionalek au kez en di uz en mugak gaindi zeko gai di a. Izan e e,
haien izae a hib idoa dela e a, bai sis ema ez-o ganiko bai o ganiko adizionalek au kez en di uz en
aban ailak ba zeko gai di a, e a haien desaban ailak mu iz en di uz e. Lan hone an, DDSak so zeko
kon uan ha u beha eko ezauga iak azaldu e a ge o, MoF sa eek DDS gisa e abil zeko au kez en di-
uz en ezauga i naba menenak aipa uko di a. Azkenik, MoF egi u e an biomolekulen a xikipen e a/
edo askapen kon ola ua lo zeko e abil zen di en bos un zionalizazio-es a egia nagusiak az e uko
di a.
HITZ GAkoAk: sa e me al-o ganikoak, a makoen libe azio sis emak, libe azio zuzendua, un zio-
nalizazioa, bioma e ialak.
Abs Ac : D ug deli e y sys ems (DDSs) based on me al-o ganic amewo ks (MOFs) o e come
he limi s shown by con en ionally used d ug deli e y sys ems. Due o hei hyb id ino ganic-o ganic
na u e, MOFs a e able o combine he ad an ages shown by ino ganic and o ganic based con en-
ional DDSs, while minimising hei d awbacks. In his wo k, a e explaining he gene al cha ac e is-
ics ha DDS sys ems mus ull il, he key p ope ies o MOFs o hei use as DDSs a e discussed.
Mo e speci ically, he i e mos used unc ionaliza ion s a egies o achie e a con oled inco po a ion
and/o elease o biomolecules wi hin MOF s uc u es will be explained.
KEyWORDS: me al-o ganic amewo ks, d ug deli e y sys ems, a ge ed deli e y, unc ionaliza ion,
bioma e ials.
228 Ekaia, 2022, 42, 227-239
Lei e Celaya Azcoaga, A kai z Fidalgo-Ma ijuan,
Robe o Fe nández de Luis
1. SARRERA
Fa makoen libe azio-sis ema (DDS, D ug deli e y sys ems, ingelesez)
de i zo go pu zean un zio a mazeu ikoak di uen molekula edo molekula
mul zo ba kudea zeko p ozesua ahalbide zen duen gailua i. DDS ba en
helbu ua e ek u e apeu iko ba lo zea da, a makoa en libe azio-denbo a,
asa e a askapen-gune zeha za kon ola zen duen bi a ean. DDSak be e
un zioak ahalik e a modu e aginko enean au e a e aman ahal iza eko,
i) go pu zean sa u beha di a, e ek u kon aja i ik e agin gabe, ii) bo ika
aska u beha eko gune a heldu beha di a; iii) zelula ba nean sa zeko gai
ez badi a, e ezep o e espezi ikoekin edo zelula kanpoko ma izea ekin in-
e ak ua u beha du e, i ) a xiki ako molekula modu kon ola uan aska u
beha du e, ahal bada, kanpo es imulu ba en bidez, e a, buka zeko, ) me a-
boliza u beha di en oina izko osagaie an bana uak izan beha di a, be iz
e e e ek u kon aja i ik e agin gabe (1. i udia) [1].
1. i udia. (A) Fa makoa en a xikipena e a modi ikazio pos -sin e ikoa (PSM) e a
(B) Bide a u ako a makoen libe azioa e a MoFe an oina i u ako DDSa en ba ne-
a ze- e a askapen-p ozedu a [2].
His o ian zeha , gehien e abili ako DDSa pilula-sis ema izan da. Pilula-
en be eganake a edo adminis azioa oso e az ule zen den a en, bali eke
sis ema mo a hau zenbai bo ika en askapene ako egokiena ez iza ea e a-
ginko asuna en ikuspegi ik. Adibidez, sis ema mo a hau ez da e abilga ia
be e un zio gune a heldu baino lehenago sabelean deg ada zen di en a -
makoen za (adibidez, in sulina) [3]. Nahiz e a bes elako DDSak ga a uak
izan di en, gehienek izae a e aba ez-o ganikoa edo o ganikoa azal zen
h ps://doi.o g/10.1387/ekaia.22809 229
Sa e me al-o ganikoe an oina i u ako a makoen libe azio-sis emak:
biomolekulak a xiki zeko un zionalizazio-es a egiak
du e, e a ho ek zenbai e agozpen di u. Esa e ba e ako, izae a ez-o gani-
koe an oina i u ako DDSek bo ikek xu ga zeko ahalmen gu xi izan ohi
du e; o ganikoek, be iz, askapen-joe a bo i zak au kez en di uz e [4-7].
Ho i dela e a, a ikulu hone an sa e me al-o ganiko (MoF, Me al-o ganic
amewo k ingelesez) izenez ezagu zen di en ma e ial hib idoak au kez en
di a DDS sis emak ga a zeko hau agai gisa.
2. SARE METAL-oRGAnIKoAK
MoFak koo dinazio-sa e hib ido ino ganiko-o ganiko po o suak di a,
nodo ez-o ganikoen e a es eka zaile o ganikoen a eko koo dinazio-lo u-
ez dimen sio ba ean edo a 2 edo 3 dimen sio an heda zen di enak (2. i u-
dia) [8]. Haien izae a hib idoa dela e a, sa e hauek DDSak so zeko e abili
di a, ze en balia bai ai ezke bai ma e ial ez-o ganikoen p opie a eez ( un-
zio-aniz asuna, egi u a egonko e a i aunko ak) zein o ganikoen p opie a-
eez (bioba e aga i asuna e a biodeg adaga i asuna). Ho ez gain, MoFen
ja o izko uni a eek egi u a mik opo o su zein mesopo o su o dena uak ga-
a zeko gai di enez, haien egi u a hib idoek eskain zen di uz en aban ailak
moldaga ia den po osi a ea ekin konbina dai ezke, ho s, po oen zabal ze,
dimen sional asun e a in e konek ibi a ea modula dai ezke a makoen libe-
azio-aplikazioa i ahalik e a e an zun onena eman ahal iza eko.
2. i udia. MoFen e aikun za-uni a e ez-o ganikoen a ke ipikoak. Egileek egin-
dako i udia.
Diseina u ako sis emek sis ema biologikoen asea ean in e ak ua u
beha du ela kon uan ha u a, hauek zenbai ezauga i be e beha ko li uz-
ke e; ho az, ondo en ze enda u a age zen di a MoFak DDS gisa e abil-
zeko kon uan ha u beha eko ezinbes eko ezauga iak [1, 6].
— MoF ma e iale an oina i u ako DDSak maila desbe dine an oxi-
ko asun eza e akus en du en konposa u bioba e aga iz/biodeg a-
daga iz osa uak izan beha di a. Ho ek, ba nean ha zen di u bai
MoFak so zeko e abil zen di en e aiki ze-uni a eak (esa e ba e ako,
230 Ekaia, 2022, 42, 227-239
Lei e Celaya Azcoaga, A kai z Fidalgo-Ma ijuan,
Robe o Fe nández de Luis
ioi ez-o ganikoak, es eka zaile o ganikoak, disolba zaileak…) zein
MoFei p opie a e espezi ikoak eskain zen die en ba ne/gainazal
un zionalizazio aldeak.
— Ma e ialak a makoa aska u beha eko oki a/o gano a hel zeko
beha ezko egonko asun kimikoa izan beha du ingu une biolo-
gikoan [9].
— Immunogenizi a e eza e aku si beha du e, hau da, e an zun im-
munologiko ba so dezake en ma e ialen e abilpena saihes u beha
da.
— Fa mako/biomolekula-a xikipen ahalmen handia izan beha du e.
Beha espezi iko hau MoFen azale a ekin e laziona u a dagoen
a en, ez da ezauga i hau kudea zen duen pa ame o baka a. Iza ez,
MoFen egi u a e a adso ba u nahi di en biomolekulen a eko
in e akzioek ga an zi handikoak di a MoFen bai an molekulen
egonko asuna ziu a zeko e a ondo engo askapen-zine ika modula-
zeko e e.
— Dosi-e izien zia onena lo zeko, a xiki ako molekulen askapen-
mekanismoak kon olaga ia izan beha ko luke; askapen ho ek,
ahal iza eko an, kanpo-es imulu ba ek e agindakoa izan beha luke.
Ho e a ako, hainba abia azle molekula zein isiko a xikiak izan
di a MoF egi u en bai an, pH-a i, magne ismoa i, ioi kon zen a-
zioa i, p esioa i, a gia i, e a aba i. e an zungai di en MoF sa eak
so uz [10].
— Ho ez gain, idealki, indus ializa u ahal iza eko, aplikazio hone a-
ako auke a u ako MoFek sin esi e aza, inkoa e a e epikako a
e aku si beha ko luke e.
Esandako guz ia kon uan ha u a, MoF ma e ialek DDS gisa e abili
ahal iza eko, hauek molekula bioak iboekin un zionaliza zeko ja ai zen
di en es a egiak azalduko di a.
3. BIoMoLEKULAK MoF SAREETAn ATxIKITzEKo
ESTRATEGIAK
Bos di a MoFe an aska u nahi di en molekula bioak iboak a xiki zeko
e abil zen di en bide nagusiak (3. i udia):
1. kanpo-azale a ekiko a xikimendua.
2. kanpo-azale a ekiko a xikimendu kobalen ea.
3. Po oe ako kapsula a zea.
4. Molekulen in-si u kapsula a zea.
5. Molekula un zionalen e abile a e aiki ze-uni a e gisa – BioMoFak.
h ps://doi.o g/10.1387/ekaia.22809 231
Sa e me al-o ganikoe an oina i u ako a makoen libe azio-sis emak:
biomolekulak a xiki zeko un zionalizazio-es a egiak
kanpo-azale a ekiko
a xikimendu ahula
kanpo-azala ekiko
a xikimendu kobalen ea
Po oe ako
kapsula a zea
In-si u
kapsula a zea
BioMoFa
(a) (b) (d) (e) ( )
3. i udia. Biomolekulak MoFe an a xiki zeko 5 bideen i udika ze eskema ikoa.
Egileek egindako i udia.
Hu ego a ale an, me odo bakoi za en azalpen labu ba eskainiko
da, e a bakoi zak au kez en di uen aban ailak e a desaban ailak aipa uko
di a [11].
4. i udia. kanpo-azala ekiko a xikimendu-p ozesua en i udikapen eskema ikoa.
Egileek egindako i udia.
3.1. Kanpo-azale a ekiko a xikimendu ahula
Me odo hau MoFen gainazalean un zio biologiko adie azga iak di-
uz en molekulen a xikipenean da za, o o ha , in e akzio ahulak di ela
medio egonko zen di ela ik (4. i udia). Alde ba e ik, a xikipena pos -
sin e ikoki sa ea en gainazalean ge a zen denez, me odo honek ez du po o-
si a ea ekiko menpeko asunik, e a MoFak sin e iza zeko edozein baldin za
e abil dai eke, MoF uga ien e abilpena ahalbide zen du ena [12]. Bes e ik,
MoFen e a biomolekulen a eko in e akzio inda zeko, MoF hauen gaina-
232 Ekaia, 2022, 42, 227-239
Lei e Celaya Azcoaga, A kai z Fidalgo-Ma ijuan,
Robe o Fe nández de Luis
zal-kimika e alda u beha da, MoFen gainazalean dauden koo dina u ga-
beko klus e ez-o ganikoekin edo es eka zaile o ganikoekin alde o ganiko
ba e eakziona uz, adibidez [13, 14]. Zo i xa ez, gaine ako me odoak
baino azka agoa e a e azagoa den a en, a xiki ako molekulak in e akzio
ahulez lo u a daudenez, ingu umena ekin e eakziona dezake e, e a lixibia-
zio-a azoak au kez u.
Me odo honi eske , en zimen immobilizazioa sakonki ike ua izan da.
2006an, Balkus-en aldeak mik ope oxidasa-11 (MP-11) en zima kob ean
oina i u ako MoF nanok is alino ba ean
[Cu(ooC–C6H4–C6H4–Coo) · ½ C6H12N2] n
isikoki adso ba u akoa en be i eman zuen. Ul amo e-ikusko eko es-
pek oskopia en (UV-Vis) e a MoFa en Langmui gainazal-azale a en de-
e minazioa en bi a ez, MoFak en zima en ~ % 67 xu ga u zuela oga u
zu en. Halabe , lixibiazio-a azo ik ez zegoela ziu a zeko, MoFa 3 egu-
nez DMFn mu gildu a u zi zu en, ondo en supe na an ea en UV-Vis anali-
sia au e a e aman ahal iza eko, disoluzioan MP-11- ik ez zegoela ziu a u
zuena, lixibiazio-a azoak baz e uz. Azkenik, UV-Vis espek oskopiaz ba-
lia uz, CuMoF@en zima sa ea en ahalmen ka ali ikoa en de e minazioa
bu u u zu en, e a me ileno u dina en (MB) oxidake a moni o iza u. Ho i
eske , MB en % 63 ± 5,1ko konbe sio ba lo zen zela ikusi zen, MP-11
sol ea en konbe sio- asa naba menki hobe zen zuena (% 6 ± 5), en zima-
en a xikipena honen ag egazioa ekidi en zuela i adoki zen zuena. Ho ez
gain, CuMoFean a xiki ako en zimak bos silika o-ben zeniko mesopo o-
su (MBS) desbe din baino ak ibi a e ka ali iko hobea e aku si zuen. Ho -
az, lan honek ike ke a-e emu be i ba zabaldu zuen MoFak en zimen eus-ike ke a-e emu be i ba zabaldu zuen MoFak en zimen eus- be i ba zabaldu zuen MoFak en zimen eus-
ka i solido bezala e abil zeko [15].
3.2. Po oe ako kapsula a zea
MoFen ezauga i ga an zi suene ako ba haien po osi a ean da za.
MoFen po osi a een e a po oen amainen hau a ze selek iboa oso esna
e aginko a bilaka dai eke mo a desbe dineko subs a uak modu selek i-
boan ha apa zeko. Halabe , molekulak MoFen po oen ba nean egoki uz
ge o, MoFek hesi babesle gisa joka dezake e, e a egoki u ako moleku-
lak biologikoki ba e aezinak di en ingu umene a ik isola u edo molekula
sol een ag egazioa saihes en du e, e a, ondo ioz, lixibiazio-a azoak eki-
din [11].
kapsula a ze mo a hone an, auke a u ako molekulak po oen ba nean
sa dai ezke di usioa en bi a ez, e a asko an kon o mazio-aldake a iza en
du e, 5. i udian ikus en den bezala. kasu hone an, kapsula zea en ondo en
ge a zen di en lixibiazio-a azoak pa zialki gaindi dai ezke po oen ba -
h ps://doi.o g/10.1387/ekaia.22809 233
Sa e me al-o ganikoe an oina i u ako a makoen libe azio-sis emak:
biomolekulak a xiki zeko un zionalizazio-es a egiak
nealdea ka ga u ako biomolekulekin in e ak u dezake en alde kimiko des-
be dinekin un zionaliza uz.
Kanpo-azale a ekiko a xikipena
Kon o mazio
aldake a pa ziala
Mig azioa
Di usioa
5. i udia. Po oe ako kapsula a ze-p ozesua en i udika ze eskema ikoa. Egileek
egindako i udia.
Me odo honen adibide za , Vasili Lykou ino e . Al-k egindako ike ke a
dugu. kasu hone an, MP-11 en zima kapsula u zu en Tb-mesoMoF k is a-
len po oe an. Monok is alen zako abso ban zia op ikoko espek oskopia-
en bi a ez, en zimak au kez en zuen So e banda en desplazamendua i
iga i zio en, zeinak en zima en e a MoFa en po oen a eko e agin- ukea-
kin e akzioak baiez a u bai zi uen. Sis emak e a en zimak be e kabuz zu en
ekin za ka ali ikoa az e u nahian, 3,5-di- -bu ilben zeno-1,2-diol (DTBC)
subs a u k omogenikoa en oxidazioa moni o iza u zu en. Sis emak lo -
u ako DBTC konbe sioa % 48.7koa izan zen, en zima sol ea ena, aldiz,
% 12.3koa. Ho az, sis emak en zima en ekin za ka ali ikoa naba menki
hobe zen zuela ondo ioz a u zu en[16].
3.3. A xikimendu kobalen ea
Au eko bi es a egiak MoF egi u en e a biomolekulen a eko in e ak-
zio ahulen ondo ioak di a, au kez en du en egonko asun ezaga ik lixibia-
zio-a azoak azaldu di zake enak. Lixibiazio-a azo ho i gaindi u ahal iza-
eko e abil dai ekeen me odo ba MoFen e a a xiki u ako molekulen a ean
234 Ekaia, 2022, 42, 227-239
Lei e Celaya Azcoaga, A kai z Fidalgo-Ma ijuan,
Robe o Fe nández de Luis
lo u a kobalen ea so zea li za eke [17]. Teknika honen oina ia MoFe an
au ki u dai ezkeen es eka zaile o ganikoen alde un zionalen e eak ibo a-
sunean da za, ze en hauek bo ike an edo bes elako biomolekule an au ki u
dai ezkeen nukleo iloekin e eakziona zeko gai asuna bai u e, lo u a koba-
len eak e a uz (6. i udia) [11, 18].
6. i udia. (a) A xikimendu kobalen ea en p ozedu a en i udika ze eskema ikoa
(b) Uio-66-NH2 MoFak dingilizka duen amino aldeak izan dezakeen un zionali-
zazio kobalen een adibideak [17]. Egileek egindako i udia,
Rosseinsky e . Al-k bu u u ako ike ke a ba ean, amino aldea ekin un-
zionaliza u ako HkUST-1 sa ea [Cu3b c2, b c = ben zeno-1,3,5- ika bo-
xila o] e abili zu en oxido ni ikoa en (No) ga aio ako. kasu hone an, lu-
un- asean zegoen 4-(me ilamino) pi idina (4-map) di usioz sa u zu en
MoFean, honek di uen amino aldeek oxido ni ikoa ekin e eakziona zen
du ela ik, heze asunaz e az aska zen di en N-diazonioak (NoNoa oak)
so zen. Ho ela, oxido ni ikoa en e aldake a MoFak 4-map-a ekiko zuen
konbe sio- asa en a abe akoa zela ikusi zu en, No be egana zeko konbe -
sio- asa onena % 60koa zela ondo ioz a uz. Egonko asun-espe imen uek
ze a e aku si zu en, e a u ako sis ema ai ean e a heze asunean zau ga ia
zela, konposa ua bie ako ingu une ba ean 5 egunez u ziz ge o N-diazonioa-
en gale a o ala au kez en bai zuen [19].
h ps://doi.o g/10.1387/ekaia.22809 235
Sa e me al-o ganikoe an oina i u ako a makoen libe azio-sis emak:
biomolekulak a xiki zeko un zionalizazio-es a egiak
3.4. In-si u kapsula a zea
o ain a e az e u ako me odo guz iek desaban aila nagusi ba du e: a-
maina handiko molekulek MoFen ba nean sa zeko a azoak di uz e. Ho e-
ga ik, azken u eo an in-si u kaspula a zea so u da muga ho i gaindi zeko
esna inda su gisa. kasu hone an, molekulen kapsula a zea e a MoFa en
sin esia, biak, aldi be ean ge a zen di a, e a MoFa ha apa u nahi den mo-
lekula en ingu uan e a zen da (7. i udia). Ho ega ik, eknika honek MoFek
dauka en po o amaina baino amaina handiagoko molekulen sa e a ahal-
bide zen du, MoF sa ea en egi u a be a hesi babesle za jo zen duen bi a -
ean, e a lixibiazio-a azoak saihes u [12]. Dena den, kon uan ha u beha da
«one-po » p ozesua denez, ho s, e eakzio kimiko guz iak e eak ibo guz iak
nahas u a dauden on zi egoki ba ean ge a zen di enez, kapsula a ze mo a
hau soilik baldin za leune an bu u u dai ekeela, biomolekula gehienek, be-
eziki en zimak edo p o einak bezalako molekulek, ezin bai u e MoFak sin-
e iza zeko beha ezkoak di en baldin za bo i zak pai a u; eknika hone an
e abil dai ezkeen MoF kopu ua asko mu iz en du ho ek [11].
7. i udia. In-si u kapsula a ze-p ozedu a en i udika ze eskema ikoa. Egileek
egindako i udia.
C. Adhika ik e a A. Chak abo yk egindako ike ke a ba ean, doxo ubi-
zina (DoX) izeneko minbizia en kon ako bo ika kapsula a zeko bi MoF
sin e iza u zi uz en kimikoki guz iz be de zi en baldin ze an. MoF ho iek
bu dina edo zink oina i me alikoa e a azido imesikoa (BTC) zu en es e-
ka zaile o ganiko gisa [Fe-BTC/Zn-BTC]. Sin e iza u ako MoFak ka ak e-
iza u zi en eko ke azko mik oskopio elek onikoa en bidez (SEM), lase
eko ke azko mik oskopia kon okalez (CLSM), e emu disdi a suko mik os-
kopiaz, X-izpien di akzioen (XRD) e a in ago ien (IR) bidez.
ka ga- e a askapen-ikaske en za , UV-Vis espek oskopia e a luo es-
zen zia mik oskopiak e abili zi uz en. Neu ke a ho ie a ik bu dinean oina-
i u ako MoF sa eak zinkean oina i a uakoak baino DoX molekula ekiko
a ini a e handiagoa zuela ondo ioz a u zu en; ho ek % 92ko kapsula a ze-
