Los investigadores pueden construir estructuras complejas a escala nanométrica de casi cualquier forma, utilizando hebras de ADN. Pero estas partículas deben diseñarse a mano, en un proceso complejo y laborioso.
Esto ha limitado la técnica, conocida como origami de ADN, a solo un pequeño grupo de expertos en el campo.
Ahora un equipo de investigadores del MIT y de otros lugares ha desarrollado un algoritmo que puede construir estas nanopartículas de ADN automáticamente.
De esta manera, el algoritmo, que se informa junto con un nuevo enfoque de síntesis en la revista ciencia esta semana, podría permitir que la técnica se use para desarrollar nanopartículas para una gama mucho más amplia de aplicaciones, incluidos andamios para vacunas, portadores de herramientas de edición de genes y en el almacenamiento de memoria de archivo.
A diferencia del origami de ADN tradicional, en el que la estructura se construye manualmente a mano, el algoritmo comienza con una representación geométrica simple en 3-D de la forma final del objeto, y luego decide cómo se debe ensamblar a partir del ADN, de acuerdo cona Mark Bathe, profesor asociado de ingeniería biológica en el MIT, quien dirigió la investigación.
"El documento cambia el problema de uno en el que un experto diseña el ADN necesario para sintetizar el objeto, a uno en el que el objeto mismo es el punto de partida, con las secuencias de ADN que se necesitan definidas automáticamente por el algoritmo"Bathe dice: "Nuestra esperanza es que esta automatización amplíe significativamente la participación de otros en el uso de este poderoso paradigma de diseño molecular".
El algoritmo primero representa el objeto como un contorno perfectamente liso y continuo de su superficie. Luego divide la superficie en una serie de formas poligonales.
Luego, dirige una cadena larga y única de ADN, llamada andamio, que actúa como un hilo, a lo largo de toda la estructura para mantenerla unida.
El algoritmo teje el andamio en un paso rápido y eficiente, que puede usarse para cualquier forma de objeto tridimensional, dice Bathe.
"Ese [paso] es una parte poderosa del algoritmo, porque no requiere ninguna interfaz manual o humana, y está garantizado que funcionará para cualquier objeto 3-D de manera muy eficiente", dice.
El algoritmo, que se conoce como DAEDALUS Algoritmo de diseño de secuencia de origami de ADN para estructuras definidas por el usuario después del artesano y artista griego que diseñó laberintos que se asemejan a las complejas estructuras de andamios de origami, puede construir cualquier tipo de forma tridimensional, siempre quetiene una superficie cerrada. Esto puede incluir formas con uno o más agujeros, como un toro.
En contraste, un algoritmo anterior, publicado el año pasado en la revista Naturaleza , solo es capaz de diseñar y construir las superficies de objetos esféricos, e incluso entonces aún requiere intervención manual.
La estrategia del equipo para diseñar y sintetizar las nanopartículas de ADN también fue validada mediante reconstrucciones de microscopía crioelectrónica en 3-D por el colaborador de Bathe, Wah Chiu, del Baylor College of Medicine.
Los investigadores ahora están investigando una serie de aplicaciones para las nanopartículas de ADN construidas por el algoritmo DAEDALUS. Una de esas aplicaciones es un andamio para péptidos y proteínas virales para su uso como vacunas.
La superficie de las nanopartículas podría diseñarse con cualquier combinación de péptidos y proteínas, ubicada en cualquier lugar deseado de la estructura, para imitar la forma en que un virus aparece en el sistema inmunitario del cuerpo.
Los investigadores demostraron que las nanopartículas de ADN son estables durante más de seis horas en suero y ahora intentan aumentar aún más su estabilidad.
Las nanopartículas también podrían usarse para encapsular la herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9. La herramienta CRISPR-Cas9 tiene un enorme potencial en terapéutica, gracias a su capacidad para editar genes específicos. Sin embargo, existe una gran necesidad de desarrollar técnicas para empaquetarBathe dice que la herramienta y la entrega a células específicas dentro del cuerpo.
Esto se hace actualmente usando virus, pero estos están limitados en el tamaño del paquete que pueden transportar, lo que restringe su uso. Las nanopartículas de ADN, por el contrario, son capaces de transportar paquetes de genes mucho más grandes y pueden equiparse fácilmente con moléculas que ayudanapunte a las células o tejidos correctos.
El equipo también está investigando el uso de las nanopartículas como bloques de memoria de ADN. Investigaciones anteriores han demostrado que la información puede almacenarse en el ADN, de manera similar a los 0 y 1 utilizados para almacenar datos digitalmente. La información a almacenar es"escrito" usando la síntesis de ADN y luego se puede volver a leer usando la tecnología de secuenciación de ADN.
El uso de las nanopartículas de ADN permitiría que esta información se almacene de manera estructurada y protegida, con cada partícula similar a una página o capítulo de un libro. Recordar un capítulo o libro en particular sería tan simple como leer la identidad de esa nanopartícula,algo así como usar las fichas de la biblioteca, dice Bathe.
El aspecto más emocionante del trabajo, sin embargo, es que debería ampliar significativamente la participación en la aplicación de esta tecnología, dice Bathe, al igual que la impresión en 3-D ha hecho para modelos geométricos en 3-D complejos a escala macroscópica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Helen Knight. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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