Una molécula, cuatro estructuras: los investigadores desvelan cómo las estructuras supramoleculares deciden qué estructura adoptar

31.08.2026

Estructura de superhélice. Imagen: Kyeong-Im Hong.

• Un trabajo del ICMM-CSIC e IMDEA Nanociencia ha descubierto los pasos por los que se ensamblan moléculas complejas.
• Este descubrimiento tiene implicaciones que van desde los semiconductores a la industria farmacéutica.

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Madrid, 31 de agosto, 2026. Las propiedades de la materia no dependen únicamente de los átomos que la componen, sino también de la forma en la que estos se organizan. A escala nanométrica, pequeñas diferencias en la disposición espacial de los átomos pueden dar lugar a estructuras con propiedades completamente distintas. Comprender por qué unas moléculas adoptan una determinada organización y otras diferentes es esencial para poder diseñar materiales con propiedades específicas.

Un grupo de investigadores, liderados por el Prof. Thomas Hermans (IMDEA Nanociencia) y Amparo Ruiz Carretero (ICMM-CSIC), han logrado controlar los pasos por los que se forman (se ensamblan) estructuras supramoleculares en forma de hélice y aislarlas. Gracias a esto, han podido manipular ‘a la carta’ estas estructuras, creando hasta cuatro sistemas independientes a partir de una misma molécula.

“Una misma molécula, dependiendo de cómo la proceses, puede formar distintos tipos de estructuras supramoleculares”, explica Amparo Ruiz Carretero, investigadora ATRAE en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y líder del trabajo. Esta científica señala que esto ocurre así en cualquier tipo de molécula, pero que la complejidad es mayor cuando esta molécula es quiral: aquellas con estructuras similares a las hélices. “Son imágenes especulares que no se pueden superponer porque no tienen ningún plano de simetría; es lo que pasa con el ADN", continúa.

En este contexto, “comprender cómo se propaga la quiralidad molecular para generar estructuras jerárquicas sigue siendo un desafío central en la química supramolecular”, añade Thomas M. Hermans, investigador ATRAE en IMDEA Nanociencia y también líder del trabajo.

“Lo más importante de este tipo de estructuras es que normalmente no se pueden aislar”, indica Ruiz Carretero. “Son efímeras, tú las percibes a través de espectroscopía –el estudio de la interacción de la luz y la materia–, y el espectro te indica que están ahí, pero no las puedes ver ni, mucho menos, manipular o usar”.

Estudio por calorimetría y manipulación de las estructuras

Gracias a una compleja técnica experimental basada en calor, que no había sido prácticamente usada antes –la llamada Isothermal Titration Calorimetry, ITC–, han logrado saber la energía de formación de cada estructura, lo que constituye un hito experimental. “Normalmente, la energía de ensamblaje se calcula usando modelos matemáticos simplificados que parten de varios supuestos. Ahora, sabemos los valores a ciencia cierta”, matiza Ruiz Carretero.

Además, no solo se han podido aislar las estructuras moleculares, sino manipularlas a placer. “Hemos descubierto que son interconvertibles entre ellas: puedes tomar un trocito de una estructura y pasarlo a otra, y esta técnica además nos ayuda a ver qué tipo de mecanismo de ensamblaje estamos pasando de una a otra”, describe Hermans.

Ruiz Carretero continúa la explicación: “tenemos cuatro estructuras supramoleculares y seleccionamos la que mejor nos funciona para nuestro objetivo, pero además le añadimos ‘trocitos’ de otra para sumarle efectos que nos interesen”.

El equipo defiende que su estudio puede aplicarse en campos muy diversos. De hecho, lo relacionan también con los amiloides en el Alzheimer. Los amiloides son proteínas que se pliegan mal y forman fibras insolubles que se acumulan en los tejidos y órganos: “algunas de sus fibras forman hélices y, otras, superhélices a través de un proceso llamado nucleación secundaria”. Ocurre igual con las moléculas con las que han trabajado en este estudio.

Ahora, cada equipo de trabajo seguirá dando pasos en direcciones complementarias dentro de la química supramolecular quiral: “Hemos creado diferentes estrategias de diseño”, explican. Así, Amparo Ruiz Carretero seguirá su proyecto ATRAE orientado a “arrojar luz sobre cómo la quiralidad puede impulsar el avance de la fotovoltaica orgánica”, mientras que Thomas M. Hermans avanzará en robótica supramolecular.

“En este estudio hemos trabajado con semiconductores, pero los resultados pueden aplicarse a la espintrónica, farmacéutica, fotovoltaica, termoelectricidad…”, enumeran los investigadores. “Una vez tienes aislada la estructura, puedes manipularla y estudiarla en cualquier medio”, celebran, al tiempo que avanzan que ya han desarrollado algunas de estas muestras.

“Estos resultados ofrecen un ejemplo excepcional, resuelto experimentalmente, de cómo la mera selección de la ruta de formación de la estructura puede programar la quiralidad, la jerarquía y la morfología en materiales supramoleculares”, concluye el equipo.

El trabajo es una colaboración entre investigadores en ICMM-CSIC, IMDEA Nanociencia, la Universidad de Estrasburgo (CNRS) y la Universidad Autónoma de Madrid. Ha sido cofinanciado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades a través del programa ATRAE, y de la acreditación de Excelencia Severo Ochoa.

Glosario:

• Quiralidad: propiedad de una molécula que hace que pueda existir en dos formas que son imágenes especulares entre sí y no pueden superponerse.
• Estructura supramolecular: estructura compleja que se forma cuando varias moléculas se organizan y mantienen unidas mediante interacciones no covalentes (enlaces químicos) entre ellas.

Referencia:

Kyeong-Im Hong, Jorge S. Valera, Ana M. Garcia, Thomas M. Hermans* and Amparo Ruiz-Carretero*. From Helices to Superhelices: Hierarchical Assembly across Competing Pathways. Nature Communications. DOI:  10.1038/s41467-026-76656-4 

Contacto:

Dr. Thomas M. Hermans
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Systems Chemistry Laboratory
https://www.imdeananociencia.org/systems-chemistry-laboratory/home

Oficina de Divulgación y Comunicación en IMDEA Nanociencia
divulgacion.nanociencia [at]imdea.org
  

Fuente: IMDEA Nanociencia.

El Instituto IMDEA Nanociencia es un centro de investigación interdisciplinar en Madrid dedicado a la exploración de la nanociencia y el desarrollo de aplicaciones de la nanotecnología en relación con industrias innovadoras. IMDEA Nanociencia es un centro de Excelencia Severo Ochoa desde 2017, máximo reconocimiento a la excelencia investigadora a nivel nacional.