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De criptandos a catenanos: la química de dos premios Nobel

Los galardonados Jean-Marie Lehn (1987) y Jean-Pierre Sauvage (2016) son maestro y alumno, profesor y discípulo. Así se ha gestado esta particular simbiosis de innovación

Alberto Iglesias Fraga
03 AGO. 2018 - Madrid
19 minutos
Jean-Marie Lehn y Jean-Pierre Sauvage, en Madrid tras la entrevista. / FUNDACIÓN RAMÓN ARECES

Jean-Marie Lehn y Jean-Pierre Sauvage quizás sean nombres que pasen desapercibidos a primera vista. No son grandes gurús de la tecnología ni futbolistas ni modelos de pasarela. Y, sin embargo, quizás sean dos de las mentes más brillantes de las últimas décadas. Profesor y alumno, pese a la escasa diferencia de edad, ambos han desarrollado una exitosa carrera por separado que les ha llevado a ganar el premio Nobel (Lehn en 1987 y Sauvage en 2016) por la auténtica revolución que han planteado en la forma de entender y visualizar la química molecular. A ellos les debemos la existencia (o el descubrimiento, si lo prefieren) de los criptandos y los catenanos, dos conceptos que son ya parte intrínseca de la historia de la ciencia moderna.

Jean-Marie Lehn es el mayor de los dos (Rosheim, 1939). De familia humilde -su padre era panadero-, Lehn pronto mostró un incesante interés por la ciencia que le llevó a estudiar la carrera de Químicas en la Universidad de Estrasburgo, donde después daría clases y sería el tutor de su colega Sauvage. Esta mente privilegiada, no obstante, también hizo sus pinitos en otras lides como la filosofía o la neuroquímica. "En Francia, para estudiar Filosofía te exigían un examen de química primero y así fui encaminándome hacia la ciencia. Además, la filosofía es apasionante, pero no hay forma de demostrar si tus teorías son correctas o no", apela el profesor.

Después de un periplo por Estados Unidos, Jean-Marie Lehn se centró en sus estudios sobre química orgánica y, en concreto, en el análisis de cómo algunas macromoléculas bicíclicas contaban con cavidades en su interior que permitían albergar otros elementos. Así nacían las criptas (los huecos), los criptandos (componentes) y los criptatos (sus complejos).

"La vida es un problema químico"

De ahí todo fue seguir construyendo el escenario de la química supramolecular, incluyendo el desarrollo de moléculas de interacción de alta selectividad. Fue este motivo por el que, en 1987, recibió la máxima distinción mundial junto a sus compañeros Pedersen y Cram. "Principalmente estábamos haciendo ciencia básica, tratando de introducir nuevos conceptos en el ámbito científico y poniendo las bases para futuros trabajos. Pero es cierto que la vida es un problema químico, y nuestra investigación puede ayudarnos a explicar cosas como el Big Bang o el origen del universo, porque son parcelas que tienen mucho que ver con lo que nosotros estábamos observando", añade Lehn.

En su caso particular, la investigación que le dio el Nobel estaba ligada al transporte de señales nerviosas mediante iones de sodio y potasio y su posterior intercambio a través de las paredes de las células que diferencian entre ambos elementos, exactamente iguales de no ser por su tamaño. "Eso es el reconocimiento molecular, donde empieza todo, y el punto de partida de la química supramolecular", sentencia. "Otro compañero que trabajaba con los materiales radiactivos mostró que cuando se produce una explosión nuclear debemos rechazar el estroncio, un material muy tóxico, que va a los huesos y que es muy difícil de expulsar por el organismo. Pero uno de los compuestos basados en criptandos lo puede hacer, al menos en teoría".

Interacción y forma molecular
En 1968, el grupo de Lehn describió diversas macromoléculas de estructura bicíclica (criptandos) capaces de reconocer y acomodar en su interior otras especies químicas de forma y tamaño adecuados para originar entidades denominadas criptatos, iniciando sus propias contribuciones al reconocimiento molecular, fenómeno de importancia trascendental en los procesos biológicos.

Del maestro al alumno

Apenas unos años menor que él es Jean-Pierre Sauvage -nació en París en 1944-, diferencia suficiente para que su doctorado fuera dirigido por Lehn en la Universidad Louis Pasteur. Sin embargo, Sauvage experimentó con distintos campos de investigación más allá de los de su mentor (reducciones electroquímicas del CO2, reacciones fotosintéticas, etc.) antes de encontrar su verdadera pasión: el diseño de máquinas moleculares.

Esta particular enseña, relacionada con la topología molecular y la química supramolecular, implica que se pueden generar lazos entre moléculas de forma mecánica, sin una unión química, creando formas avanzadas como anillos. "Mi relación con Jean-Marie fue muy interesante. En aquel momento ya era una persona muy respetada, pero al mismo tiempo era alguien muy fácil e inteligente, capaz de gestionar bien a los demás. Cuando pasas 13 o más horas en un departamento con esa persona, eso es fundamental", rememora el científico.

Más tarde, en 1983, Sauvage daría a conocer el primer catenano, como así se llaman estas estructuras unidas de forma mecánica (en lugar de enlaces covalentes en los que los átomos comparten electrones, como sucede habitualmente) y capaces de responder a estímulos externos. En concreto, Sauvage y su equipo crearon unas moléculas en forma de anillo y media luna fueron atraídas por un ion de cobre, que las mantuvo unidas. Los investigadores también consiguieron unir esta estructura a un tercer elemento, demostrando que podía construirse una cadena completa, perfectamente soldada incluso cuando el ion de cobre se retiraba de la ecuación.

Un hallazgo sin más aplicación que la mera fascinación en aquel momento. Pero, más tarde, otros colegas de profesión irían profundizando en este concepto iniciado por Jean-Pierre. Así, en 1991 Fraser Stoddart sintetizó el rotaxano, un anillo empleado para el diseño de máquinas en miniatura como músculos, microchips o ascensores moleculares. Más tarde, en 1999, Feringa crearía el primer motor molecular y en 2001 llegó a poner en marcha un nanocoche con cuatro ruedas operativas.

"Todavía no sabemos todas las aplicaciones concretas que pueden tener los catenanos, pero podemos imaginarnos que será una revolución igual a la que supusieron los elementos mecánicos que ya conocemos", apela Sauvage. "En concreto, podremos desarrollar estructuras a escala muy pequeña que se introduzcan en nuestra sangre y vayan adaptándose al entorno para curarnos enfermedades desde dentro. O crear materiales que cambien de estructura en función del calor o de otras condiciones para ser más resistentes o más flexibles". Y es que no hemos de olvidar que todo esto sucede en una escala del orden de un nanómetro, es decir una milmillonésima parte de un metro.

En torno al uso sanitario de los catenanos, Jean-Pierre Sauvage usa una particular metáfora: "Hasta ahora, las compañías farmacéuticas venían probando diferentes llaves en diferentes cerraduras hasta dar con la correcta, hasta detectar cuál era el medicamento que curaba una determinada patología, como sucede por ejemplo con el cáncer, que funciona de forma diferente en cada sujeto. Gracias a estas nuevas estructuras moleculares, podemos hacer una llave genérica que, en función de cada persona, pueda adaptarse para asociarse de manera que funcione de manera personalizada y totalmente adaptativa".

En otra arena bien diferente, la de la informática, estos catenanos también ofrecen aplicaciones interesantes. "Hoy en día, las memorias están basadas en transistores de silicio. Pero con estas máquinas moleculares podríamos reducir considerablemente el tamaño de los elementos, permitiendo almacenar más información en un menor espacio", detalla el científico.

La mecánica de la química
En 1983, Jean-Pierre Sauvage sintetizó el primer catenano de la historia, una entidad compleja consistente de dos moléculas con forma de anillo, interconectadas de manera mecánica y no química. Como los dos anillos pueden desplazarse uno respecto al otro, la síntesis de catenanos supuso un paso trascendental en el desarrollo de las máquinas moleculares. En otros trabajos, Sauvage ha investigado sobre la reducción electroquímica del dióxido de carbono, sobre modelos de centros con actividad fotosintética, y muy especialmente sobre topología molecular.

Humildes ante todo

Los dos, Sauvage y Lehn, Lehn y Sauvage, se muestran durante la entrevista con INNOVADORES y pese a su edad, fascinados con los avances que sus respectivas innovaciones pueden traer al mundo... aunque con mucho recelo, especialmente en el caso de Jean-Marie. "Esto por ahora solo está en los libros", repite una y otra vez para evitar crear falsas o aceleradas expectativas. Humildad ante todo. Tanto que Jean-Marie Lehn recalca que su principal intención no es otra que entender "cómo se reconocen las moléculas entre sí y desarrollan los principios básicos de lo que luego, por supuesto, sucede en todas las moléculas complicadas o en áreas como la biología". Suena sencillo, pero nada más lejos de la realidad.

Por su parte, Jean-Pierre Sauvage también insiste en el muy largo camino que queda para democratizar productos basados en catenanos ("será clave reducir el coste de su producción"), pero resume su misión en una alocución mucho más futurista que la de su antaño profesor. "Al final, lo que buscamos es cómo mover las moléculas de una manera totalmente controlada, mediante señales externas como puede ser la luz". Por el momento, y al margen de los motores creados por sus colegas, Sauvage ya ha logrado diseñar músculos cuyo tamaño varía entre ocho y cinco nanómetros en función del estímulo que se le plantee.

Estrasburgo como meca

Si ya resulta curioso que maestro y alumno obtengan el Premio Nobel -pese a que existen varios casos a lo largo de la historia- más lo es si cabe que ambos hayan desarrollado la mayor parte de su carrera ligados a la misma universidad, la de Estrasburgo. ¿Qué convierte a una institución como ésta, relativamente desconocida al lado de las grandes Harvard o Caltech, en una de las más exitosas en cuanto a Premios Nobel se refiere, con seis de sus miembros galardonados por la exigente academia sueca?

Lehn y Sauvage coinciden a la hora de señalar la 'receta mágica' de Estrasburgo y Francia en general: "En Francia se apoya mucho la investigación, tanto en el sector privado como en la universidad. La tradición no es suficiente, requiere de un esfuerzo colectivo, de juntar a grandes científicos y mejores personas en un mismo lugar y de impulsar el prueba-error sin que ello se penalice, al estilo norteamericano".

La entrevista, realizada en la Fundación Ramón Areces, coincide además con el reciente nombramiento de Pedro Duque como ministro de Ciencia en España; noticia que ambos califican como muy positiva para el futuro de la innovación patria. "Siendo una persona que conoce la parte de investigación, pero también la de negocio y que además tiene ese carácter divulgador, parece una buena señal de que España puede recuperar terreno en el ámbito científico, donde ya se venían haciendo grandes cosas pese a todo", cantan al unísono.

Un filósofo reconvertido a químico (o un químico que no olvida la filosofía y la sociología en su hacer) y un visionario que quiere convertir las moléculas en motores autónomos. Dos mentes brillantes, que siguen brillando juntas y por separado tanto o más que cuando Lehn y Sauvage se conocieron, como profesor y alumno, hace ya más décadas de las que les gusta admitir. Ahora solo queda esperar a que sigan esbozando el futuro de la química, profundicen en sus usos biológicos e industriales y su exploración hacia los confines de la imaginación.

Auténtica amistad Jean-Pierre Sauvage se enteró que había ganado el Nobel de 2016 apenas media hora antes del anuncio oficial. «Después de tomar asiento durante dos minutos a solas, caminé los 35 metros escasos que separaban mi oficina de la de Jean-Marie Lehn para darle la noticia... Saltó de alegría, se emocionó más que yo», suele recordar Sauvage.