Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon han desarrollado un método para autoensamblar nanoestructuras con ácido nucleico peptídico modificado con rayos gamma ? PNA, un imitador sintético de ADN. El proceso tiene el potencial de impactar la nanofabricación, así como las tecnologías biomédicas futuras como el objetivodiagnóstico y entrega de medicamentos.
Publicado esta semana en Comunicaciones de la naturaleza, el trabajo presenta una ciencia de la nanotecnología PNA que permite el autoensamblaje en soluciones de solventes orgánicos, los ambientes hostiles utilizados en la síntesis de péptidos y polímeros. Esto es prometedor para la nanofabricación y la nanosensibilidad.
El equipo de investigación, dirigido por la profesora asistente de ingeniería mecánica Rebecca Taylor, informó que? PNA puede formar nanofibras en soluciones de solventes orgánicos que pueden crecer hasta 11 micras de longitud más de 1000 veces más que su ancho.primeras nanoestructuras complejas, totalmente PNA, que se formarán en solventes orgánicos.
Taylor, quien encabeza el Laboratorio de Microsistemas y Mecanobiología en Carnegie Mellon, quiere aprovechar los "superpoderes" de PNA. Además de su mayor estabilidad térmica,? PNA conserva la capacidad de unirse a otros ácidos nucleicos en mezclas de solventes orgánicos que podríantípicamente desestabilizan la nanotecnología estructural del ADN, lo que significa que pueden formar nanoestructuras en ambientes solventes que evitan la formación de nanoestructuras basadas en el ADN.
Otra propiedad de? PNA es que está menos retorcida que la doble hélice del ADN. El resultado de esta diferencia es que las "reglas" para diseñar nanoestructuras basadas en PNA son diferentes a las reglas para diseñar nanotecnología estructural de ADN.
"Como ingenieros mecánicos, estábamos preparados para el desafío de resolver un problema de diseño estructural", dijo Taylor. "Debido al giro helicoidal inusual, tuvimos que idear un nuevo enfoque para tejer estas piezas".
Debido a que los investigadores en el laboratorio de Taylor buscan utilizar el cambio dinámico de forma en sus nanoestructuras, se intrigaron al descubrir que los cambios morfológicos, como la rigidez o el desmoronamiento, ocurrieron cuando incorporaron el ADN en las nanoestructuras? PNA.
Otras características interesantes que los investigadores quieren explorar más a fondo incluyen la solubilidad en el agua y la agregación. En el agua, estas nanofibras actuales tienden a agruparse. En mezclas de solventes orgánicos, el laboratorio Taylor ha demostrado que pueden controlar si las estructuras se agregan o no,y Taylor cree que la agregación es una característica que se puede aprovechar.
"Estas nanofibras siguen las reglas de unión del ADN de Watson-Crick, pero parecen actuar cada vez más como péptidos y proteínas a medida que las estructuras de PNA crecen en tamaño y complejidad. Las estructuras de ADN se repelen entre sí, pero estos nuevos materiales no lo hacen, ypotencialmente podemos aprovechar esto para crear recubrimientos de superficie sensibles ", dijo Taylor.
La molécula sintética de \ alpha PNA se ha percibido como un simple imitador de ADN que tiene propiedades deseables tales como alta bioestabilidad y fuerte afinidad por los ácidos nucleicos complementarios.
"Creemos que a través de este trabajo, también podríamos ajustar esta percepción al resaltar la capacidad de? PNA para actuar como ambos: como un imitador de péptidos debido a su estructura principal de pseudopéptidos y como un imitador de ADN debido a su complementariedad de secuencia. Este cambioen percepción podría permitirnos comprender las múltiples identidades que esta molécula puede aprovechar en el mundo del diseño de nanoestructura de ANP ", dijo Sriram Kumar, un candidato a doctorado en ingeniería mecánica y el primer autor del artículo.
Aunque PNA ya se está utilizando en aplicaciones innovadoras de terapia génica, todavía hay mucho que aprender sobre el potencial de este material sintético. Si algún día se pueden formar nanoestructuras complejas de PNA en soluciones acuosas, el equipo de Taylor espera que las aplicaciones adicionales incluyan resistencia a las enzimasnanomáquinas, incluidos biosensores, diagnósticos y nanorobots.
"Los híbridos de péptido PNA crearán un conjunto de herramientas completamente nuevo para los científicos", dijo Taylor.
Los investigadores utilizaron modificaciones gamma personalizadas para PNA que fueron desarrolladas por el laboratorio de Danith Ly en Carnegie Mellon. El trabajo futuro investigará los PNA zurdos en el proceso de nanomanufactura. Para futuras aplicaciones biomédicas, las estructuras para zurdos serían de particular interés porqueno representarían un riesgo de unión al ADN celular.
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Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería, Universidad Carnegie Mellon . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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