Nanotecnología

Origami de ADN
La síntesis simple podría llevar el diseño a nanoescala a las masas.



Fuente: ADN plegable para crear formas y patrones a nanoescala
P. W. K. Rothemund
Naturaleza 440(7082): 297-302

Dentro del escándalo del software espía

Esta historia fue parte de nuestro número de mayo de 2006



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Resultados: Paul Rothemund, un científico informático de Caltech, ha desarrollado una técnica simple para construir estructuras bidimensionales a escala nanométrica de cualquier forma o patrón a partir del ADN. Hasta ahora, ha hecho, entre otras cosas, caritas sonrientes, las letras ADN y un mapa del hemisferio occidental. Estas estructuras también se pueden combinar para formar formas más grandes. Dado que las formas se autoensamblan en solución, se pueden hacer miles de millones de ellas a la vez.



Por qué es importante: El ADN es una materia prima versátil para estructuras a nanoescala. Pero los métodos anteriores de usar el ADN como un nano bloque de construcción eran lentos, laboriosos y costosos, lo que limitaba su uso a un puñado de laboratorios. La nueva técnica es lo suficientemente simple y económica para un uso generalizado, dice Rothemund. Dado que una variedad de moléculas y nanopartículas se pueden vincular al ADN, la técnica podría ser una forma de modelar rápidamente moléculas tan diversas como proteínas y nanotubos de carbono, lo que posiblemente conduzca a diminutos dispositivos electrónicos o nanoarreglos para estudiar células con un nivel de detalle sin precedentes.

Métodos: Rothemund comienza con una solución que contiene largas hebras de ADN con una secuencia conocida. Luego agrega cientos de diferentes hebras de grapas cortas, cada una con una secuencia diseñada para engancharse a dos o tres secciones específicas de la hebra larga. A medida que las grapas se conectan, juntan estas secciones, lo que hace que la hebra larga se doble en la forma deseada.

Próximo paso: El uso de la técnica para fabricar componentes electrónicos requerirá la invención de un equivalente a nanoescala del transistor. Además, dado que cualquier proceso de autoensamblaje es propenso a errores, los ingenieros deberán desarrollar arquitecturas de computadora tolerantes a fallas. Para aplicaciones biológicas, como sensores que determinan los tipos de proteínas en una célula en particular, los investigadores deberán encontrar una forma confiable de leer las señales transmitidas por los dispositivos minúsculos. Rothemund espera que aún no se hayan imaginado las mejores aplicaciones de la nueva técnica.



Tejer nervios de nuevo juntos
Las nanofibras permiten que el tejido cerebral y espinal lesionado se repare.

Fuente: Nano Neuro Knitting: andamio de nanofibras de péptidos para la reparación del cerebro y la regeneración de axones con retorno funcional de la visión
Rutledge Ellis-Behnke y col.
procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias 103(13): 5054-5059

Resultados: Utilizando nanomateriales autoensamblados, los investigadores del MIT han restaurado la vista de roedores con daño cerebral. Después de cortar una estructura en el cerebro de los hámsteres necesaria para la visión, el neurocientífico Rutledge Ellis-Behnke y sus colegas inyectaron a los animales una solución que contenía cadenas cortas de aminoácidos, llamados péptidos, que cuando entran en contacto con los fluidos cerebrales se ensamblan en fibras a nanoescala. La malla de fibras resultante cubre el espacio dejado por el corte y evita que se forme tejido cicatricial, lo que permite que las neuronas vuelvan a crecer y restablezcan las vías de señales previas a la lesión. El setenta y cinco por ciento de los hámsteres adultos tratados con la técnica recuperaron la visión suficiente para detectar y volverse hacia la comida.



Por qué es importante: Las lesiones cerebrales y de la médula espinal causadas por accidentes, apoplejías y enfermedades afectan a millones de estadounidenses; muchas de estas personas nunca recuperan las capacidades y funciones perdidas, en gran parte porque el tejido cicatricial y las sustancias químicas inhibidoras impiden la curación del tejido dañado. Al menos en distancias cortas, el nanomaterial experimental parece superar estos problemas en el tejido neural. El nanomaterial permite que las células nerviosas crezcan y restablezcan conexiones, lo que podría restaurar la capacidad perdida de los pacientes humanos para caminar o hablar, incluso cuando restauró la vista en estos experimentos.

Métodos: En experimentos separados en hámsters jóvenes y adultos, los investigadores cortaron una estructura cerebral llamada pista óptica, que transmite señales visuales, cegando así a los hámsters en un ojo. Poco después de que se hizo el corte, los animales de control recibieron una inyección de solución salina en el sitio de la lesión y los animales de prueba recibieron una inyección de los péptidos. Luego, los investigadores probaron la capacidad de los animales para ver y girar hacia las semillas de girasol y, después de sacrificarlas, examinaron el tejido cerebral para medir el recrecimiento de las neuronas.

Próximo paso: Si los estudios en animales grandes van bien, el tratamiento podría probarse en humanos a partir de los tres años siguientes. Mientras tanto, los investigadores están desarrollando formas de acelerar el recrecimiento de los nervios, con el objetivo de reconectar áreas distantes del cerebro y la médula espinal separadas por lesiones más grandes.



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