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Tejiendo barriles de ADN
Las cosas buenas realmente vienen en paquetes pequeños, según un grupo de estudiantes en la Universidad de Harvard. Construyeron un recipiente diminuto, de unos 30 nanómetros de diámetro, hecho completamente de ADN, que algún día podría usarse para administrar medicamentos o terapias basadas en genes o proteínas a tejidos específicos del cuerpo.
Los estudiantes de Harvard diseñaron una secuencia de ADN que se pliega en un recipiente pequeño y hueco.
Sabemos que el ADN es un material de construcción muy estable, dice Valerie Hoi-Ting Lau, una de las estudiantes involucradas en el proyecto. Ahora intentamos aprovechar el hecho de que es programable. Lau y otros presentaron su cañón en el Máquinas internacionales de ingeniería genética competencia en el MIT a principios de este mes (ver Creaciones bacterianas extrañas).
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PRESENTACIÓN DE DIAPOSITIVAS: Ver el barril
El mundo de la arquitectura del ADN se ha disparado en los últimos años, con científicos construyendo caras sonrientes bidimensionales y mapas complejos, así como octágonos tridimensionales. Los productos químicos que componen las moléculas de ADN largas y sinuosas se unen de acuerdo con un conjunto predecible de reglas, por lo que es posible diseñar secuencias de ADN que tomarán varias formas.
Si bien anteriormente la arquitectura del ADN tardaba años en diseñarse y construirse, un método desarrollado a principios de este año proporciona una forma relativamente fácil de programar el ADN en formas específicas (ver Hágalo usted mismo Nanotecnología). Una sola hebra larga de ADN está tachonada con fragmentos más cortos de secuencias de ADN especialmente diseñadas que actúan como el equivalente químico de las grapas. Cada fragmento solo se unirá a un punto específico de la molécula de ADN. La colocación estratégica de estas grapas a lo largo de la hebra de ADN permite que la molécula se autoensamble en diferentes formas.
Al adaptar este método para construir estructuras tridimensionales, los estudiantes y su asesor William Shih , un científico de Harvard que ha sido un líder en arquitectura de ADN, diseñó una secuencia de ADN que se plegaría en un recipiente pequeño y hueco. La estructura final, que tiene la forma de un barril abierto, consiste en una sola molécula de ADN que zigzaguea hacia adelante y hacia atrás para crear una hoja plisada. La hoja está programada para curvarse sobre sí misma, creando un cilindro de doble pared. (Hacer clic aquí para ver fotos del barril.)
Realmente fue un resultado revolucionario, dice Shih. Los contenedores de ADN anteriores, como los octágonos, tenían grandes agujeros en sus paredes, pero los investigadores creen que las paredes de esta estructura son bastante sólidas, lo que teóricamente permite que el barril encierre de forma segura tesoros nanométricos.
Además, algunas estructuras basadas en ADN tienen una flexibilidad inherente que hace que las formas tridimensionales colapsen. Pero el método de construcción utilizado para crear el barril, alineando una serie de hélices de ADN en una estructura de hoja plisada, parece proporcionar una nueva fuerza. Sospecho que el estilo de Shih de hacer estructuras tridimensionales resultará particularmente rígido, dice Paul Rothemund , científico del Instituto de Tecnología de California en Pasadena, CA, quien desarrolló el método en el que se basa el proyecto.
Rothemund agrega que uno de los aspectos más complicados de la arquitectura del ADN es confirmar que la estructura terminada toma la forma del diseño original. Los estudiantes de Harvard han tomado fotografías de su barril de ADN utilizando un microscopio electrónico, lo que demuestra que tiene el tamaño y la forma correctos. También realizaron pruebas preliminares para determinar si el barril realmente puede proteger su carga del ambiente exterior. Efectivamente, encontraron que un químico colocado dentro del barril está protegido de manera efectiva de otro químico que generalmente se une a él.
Si los estudiantes pueden hacer que su creación funcione, superarán uno de los problemas persistentes con los diseños basados en ADN: encontrar una aplicación práctica para las estructuras diminutas. Si ... pueden hacer contenedores para la entrega de medicamentos, demostrará que usar el ADN como material tecnológico es realmente una empresa útil. dice Rothemund.
En última instancia, los estudiantes esperan crear un contenedor que pueda transportar cualquier tipo de fármaco y dirigirse molecularmente a tipos específicos de células. Las terapias más nuevas, como las que se basan en genes o proteínas, a menudo son difíciles de administrar y deben dirigirse a ciertos tejidos. Algunos deben administrarse mediante inyección o, en algunos casos experimentales, infundirse directamente en el cerebro. Los estudiantes ya están trabajando en formas de decorar los barriles con diferentes moléculas que se unen solo a ciertas células o proteínas.
Si bien el trabajo aún se encuentra en la fase inicial, Shih sueña en grande con lo que podría suceder en el futuro. Es interesante a largo plazo porque tenemos mucho control sobre las formas de estos objetos, dice. Las personas han generado moléculas de ADN que actúan como computadoras, por lo que podría tener un dispositivo de administración de medicamentos que tenga una computadora a bordo que haga cálculos primitivos, tomando decisiones sobre cuándo y dónde liberar el medicamento. Por supuesto, dice Shih, todavía queda bastante trabajo por hacer.