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origami de ADN

Objeto de origami de ADN a partir de ADN viral visualizado mediante tomografía electrónica . [ 1 ] El mapa se encuentra en la parte superior y el modelo atómico del ADN coloread...

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Objeto de origami de ADN a partir de ADN viral visualizado mediante tomografía electrónica . [ 1 ] El mapa se encuentra en la parte superior y el modelo atómico del ADN coloreado debajo. (Depositado en EMDB EMD-2210 )

El origami de ADN consiste en el plegado a nanoescala del ADN para crear formas bidimensionales y tridimensionales arbitrarias . La especificidad de las interacciones entre pares de bases complementarias convierte al ADN en un material de construcción útil, mediante el diseño de sus secuencias de bases. [ 2 ] El ADN es un material bien conocido, adecuado para crear andamios que mantienen otras moléculas en su lugar o para crear estructuras por sí mismo.

El origami de ADN fue el tema de portada de Nature el 16 de marzo de 2006. [ 3 ] Desde entonces, el origami de ADN ha trascendido la mera forma de arte y ha encontrado diversas aplicaciones, desde sistemas de administración de fármacos hasta su uso como circuito en dispositivos plasmónicos; sin embargo, la mayoría de las aplicaciones comerciales aún se encuentran en fase conceptual o de prueba. [ 4 ]

Descripción general

La idea de usar ADN como material de construcción fue introducida por primera vez a principios de la década de 1980 por Nadrian Seeman . [ 5 ] El método de origami de ADN fue desarrollado por Paul Rothemund en el Instituto Tecnológico de California . [ 6 ] A diferencia de los métodos de fabricación comunes de arriba hacia abajo, como la impresión 3D o la litografía, que implican depositar o eliminar material a través de una herramienta, la nanotecnología de ADN, así como el origami de ADN como un subconjunto, es un método de fabricación de abajo hacia arriba. Al diseñar racionalmente las subunidades constituyentes del polímero de ADN, este puede autoensamblarse en una variedad de formas. El proceso de construcción del origami de ADN implica el plegado de una larga cadena simple de ADN viral (típicamente el ADN genómico de 7249 pb del bacteriófago M13 ) con la ayuda de múltiples cadenas más pequeñas de "grapa". Estas cadenas más cortas se unen a las más largas en varios lugares, lo que da como resultado la formación de una forma bidimensional o tridimensional predefinida. [ 7 ] Algunos ejemplos incluyen una carita sonriente y un mapa rudimentario de China y América, además de muchas estructuras tridimensionales como cubos. [ 8 ]

Existen varias propiedades del ADN que lo convierten en un material de construcción ideal para el ADN origami. Las hebras de ADN tienen una tendencia natural a unirse a sus secuencias complementarias mediante el apareamiento de bases de Watson-Crick . Esto permite que las hebras de anclaje se posicionen en la hebra de soporte sin necesidad de manipulación externa, lo que da lugar al autoensamblaje de la estructura deseada.

La secuencia específica de bases en el ADN confiere al material un elemento de programabilidad al determinar su comportamiento de unión. El diseño cuidadoso de las secuencias de las hebras de anclaje permite a los científicos dirigir con precisión el plegamiento de la hebra de andamiaje hacia una forma predeterminada con alta precisión. [ 9 ]

A nivel químico, los enlaces de hidrógeno que existen entre los pares de bases complementarias proporcionan fuerza y ​​estabilidad a las estructuras plegadas de ADN origami. Además, el ADN es una molécula relativamente estable, lo que le confiere resistencia en condiciones fisiológicas. [ 9 ]

Una de las ventajas de utilizar una nanoestructura de ADN origami frente a una nanoestructura de ADN clasificada de otra manera es la facilidad para definir estructuras finitas. [ 10 ] En el diseño de otras nanoestructuras de ADN, puede resultar poco práctico diseñar un número extremadamente grande de hebras individualizadas si toda la estructura está compuesta por hebras más pequeñas. Un método para evitar la necesidad de un gran número de hebras diferentes es utilizar unidades repetitivas, lo que conlleva la desventaja de una distribución de tamaños y, a veces, de formas. El ADN origami, en cambio, forma estructuras discretas. [ 10 ]

Las aplicaciones del ADN origami se centran principalmente en la capacidad de ejercer un control preciso sobre los sistemas, especialmente al restringir la posición de las moléculas, generalmente mediante su unión a las nanoestructuras de ADN origami. Las aplicaciones actuales se centran principalmente en la detección y la administración de fármacos, pero se han investigado muchas otras aplicaciones.

Fabricación

La fabricación de objetos de origami de ADN requiere una comprensión intuitiva previa del diseño estructural tridimensional del ADN. Esto puede resultar difícil de comprender debido a la complejidad de utilizar exclusivamente pares de adenina - timina y guanina - citosina para plegar y desenrollar las moléculas de ADN de doble hélice, de manera que las hebras resultantes produzcan formas únicas y deseadas.

El software de diseño y la elección de secuencias de pares de bases resultan cruciales para crear formas intrincadas en 2D o incluso 3D, ya que la clave del origami de ADN reside en el emparejamiento preciso de bases entre los dos componentes básicos de la técnica: las hebras de anclaje y el andamio. Esto garantiza una unión específica y un plegamiento preciso. Una hebra de andamio es una molécula de ADN larga y monocatenaria, a menudo obtenida de un virus. Las hebras de anclaje son hebras de ADN más cortas diseñadas para unirse a secuencias específicas en la hebra de andamio, determinando así su plegamiento. [ 9 ]

Para producir la forma deseada, se dibujan imágenes con un relleno raster de una sola molécula larga de ADN . Este diseño se introduce en un programa informático que calcula la ubicación de las hebras de unión individuales. Cada hebra se une a una región específica de la plantilla de ADN, y gracias al apareamiento de bases de Watson-Crick , se conocen y visualizan las secuencias necesarias de todas las hebras. El ADN se mezcla, se calienta y se enfría. A medida que el ADN se enfría, las distintas hebras estiran la hebra larga hasta darle la forma deseada. Los diseños se pueden observar directamente mediante varios métodos, como la microscopía electrónica , la microscopía de fuerza atómica o la microscopía de fluorescencia cuando el ADN está acoplado a materiales fluorescentes. [ 6 ]

El proceso de fabricación de origami de ADN
El proceso de fabricación de origami de ADN

Los métodos de autoensamblaje ascendente se consideran alternativas prometedoras que ofrecen una síntesis paralela y económica de nanoestructuras en condiciones relativamente suaves.

Desde la creación de este método, se ha desarrollado software para facilitar el proceso mediante software de diseño asistido por computadora (CAD) . Esto permite a los investigadores utilizar una computadora para determinar la forma correcta de crear las grapas necesarias para formar una figura determinada. Un ejemplo de este software es caDNAno, un programa de código abierto para crear dichas estructuras a partir de ADN. El uso de software no solo ha facilitado el proceso, sino que también ha reducido drásticamente los errores derivados de los cálculos manuales. [ 11 ] [ 5 ]

Tras planificar meticulosamente la secuencia de las hebras de anclaje mediante software para asegurar su unión a la hebra de soporte en los puntos previstos, las secuencias de las hebras de anclaje diseñadas se sintetizan en un laboratorio utilizando técnicas como la síntesis automatizada de ADN. Finalmente, la hebra de soporte y las hebras de anclaje se mezclan en una solución tampón y se someten a un ciclo de temperatura específico. Este ciclo permite que las hebras de anclaje encuentren sus secuencias complementarias en la hebra de soporte y se unan mediante enlaces de hidrógeno , lo que provoca que el soporte se pliegue en la forma deseada. [ 9 ]

Estructuras dinámicas y modificaciones

Al igual que en el campo más amplio de la nanotecnología del ADN, el origami de ADN puede hacerse dinámico mediante el uso de diversos métodos. Los tres métodos principales para crear una máquina de origami de ADN dinámica son el desplazamiento de hebras mediado por anclaje, las reacciones enzimáticas y el apilamiento de bases. [ 12 ] Si bien estos métodos son los más utilizados, existen otros métodos para crear máquinas de origami de ADN dinámicas, como el diseño de un componente direccional y el uso del movimiento browniano para impulsar el movimiento rotacional de las estructuras [ 13 ] o el aprovechamiento de fenómenos de autoensamblaje de ADN menos comunes, como los G-cuadruplex o los i-motivos, que pueden ser sensibles al pH. [ 14 ]

Una máquina dinámica de origami de ADN que utiliza un componente direccional y movimiento browniano para generar rotación.

Las modificaciones pueden utilizarse para afectar las propiedades estructurales, conferir una química única a las nanoestructuras o añadirles respuestas a estímulos. Estas modificaciones pueden realizarse mediante la conjugación de moléculas como las proteínas o mediante la modificación química de las bases del ADN. Se han observado respuestas dependientes del pH, de la luz y otras en sistemas modificados.

Un ejemplo de aplicación de la creación de estructuras dinámicas es la capacidad de generar una respuesta a un estímulo que dé lugar a la liberación de fármacos, lo cual es presentado por varios grupos. [ 15 ] [ 16 ] Otras aplicaciones menos comunes incluyen la detección de mecanismos en movimiento in vivo, como el desenrollamiento de la helicasa . [ 17 ]

Legos de ADN

Introducción e historia de los Legos de ADN

El origami de ADN se ha utilizado para ensamblar una variedad de nanoestructuras bidimensionales y tridimensionales; sin embargo, cada estructura diferente requiere un nuevo diseño y un nuevo conjunto de hebras de andamiaje y hebras de grapa [ 18 ] . Esto limita la escalabilidad y la eficiencia del rendimiento de la estructura. Los investigadores han desarrollado tecnologías de "ladrillos de ADN" o "Lego de ADN" mediante la creación de teselas de cadena simple (SST) [ 19 ] . Las SST permiten la producción de estructuras más grandes sin una hebra de andamiaje y con la facilidad de organizar los bloques prediseñados en estructuras más grandes. De manera similar a como los ladrillos Lego reales permiten configuraciones de ensamblaje específicas, los ladrillos Lego de ADN se unen en sitios específicos para formar una variedad de formas. La selección apropiada de bloques para incluir en una mezcla de ensamblaje permite la producción de una variedad de formas 3D complejas sin una hebra de andamiaje y sin tener que diseñar una estructura completamente diferente.

Con el enfoque de los bloques de Lego de ADN, la hebra de ADN se une a hebras vecinas para formar un "bloque". Al seleccionar subconjuntos de hebras para formar una figura más grande, los investigadores demostraron que se podían ensamblar muchas estructuras 3D a partir del mismo conjunto general de componentes o bloques [ 19 ] . Los autores denominaron a esto una estrategia de diseño "basada en vóxeles", lo que significa que cada interacción de 8 pares de bases entre bloques define un vóxel con dimensiones de 2,5 por 2,5 nm [ 18 ] . Dado que cada interacción de ADN puede ser análoga a la construcción con Lego, también podemos afirmar que un vóxel corresponde a un bloque de Lego [ 18 ] .  

Esta estrategia sin andamiaje también se ha extendido a estructuras multicomponentes más grandes. Por ejemplo, la construcción de estructuras multimicrométricas en arquitecturas más grandes se logró utilizando la polimerización "entrecruzada". En este caso, los componentes aditivos son "láminas" en lugar de ladrillos [ 20 ] . Estas láminas tienen dominios de unión que les permiten unirse perpendicularmente para formar una estructura reticulada. Este enfoque estabiliza la estructura, lo que permite la formación de estructuras más grandes y altamente ordenadas. Este concepto refuerza aún más la idea de utilizar componentes de ADN más pequeños como Legos para crear estructuras más grandes sin un diseño ascendente. Este enfoque también contrasta con las técnicas anteriores de origami de ADN que dependían de un software informático complejo [ 21 ] para diseñar el andamiaje y las hebras de grapas para permitir la creación de nanoestructuras de ADN más grandes [ 22 ] .

Síntesis de la estructura de ladrillo

Un ladrillo de ADN canónico es una “cadena simple de 32 nucleótidos con cuatro dominios de unión de 8 bases (extremos cohesivos)” [ 19 ] . Si bien cada ladrillo de ADN tiene una secuencia de nucleótidos distinta, todos pueden adoptar la estructura de ladrillo que consiste en dos hélices antiparalelas de 16 nucleótidos unidas por un enlace fosfato simple. Los dos dominios unidos al enlace fosfato se denominan dominios “cabeza” y “cola”. Para unir dos ladrillos de ADN, un dominio “cabeza” se unirá a un ladrillo vecino si su dominio “cola” es la cadena complementaria del primero, y viceversa, produciendo un ángulo diedro de 90°. El concepto de un modelo tipo Lego pretende representar el diseño de una manera más simple. Al observar un modelo singular de esta manera, los dos orificios redondos que sobresalen representan los dos dominios “cola”, mientras que los orificios redondos hundidos representan los dos dominios “cabeza”. Además, el ladrillo puede adoptar una orientación horizontal o vertical. Utilizando software de modelado 3D como LegoGen y Cadnano, es posible diseñar ladrillos de ADN simplemente definiendo la forma objetivo y, posteriormente, el programa informático puede analizarla y seleccionar automáticamente el subconjunto correcto de ladrillos para el autoensamblaje de la forma sin tener que diseñar manualmente cada interacción de ADN [ 19 ] .

Mejoras en la estabilización de la estructura

Las estructuras de ladrillos de ADN pueden utilizarse para sintetizar diversas geometrías específicas que sirven como herramientas en estudios biológicos [ 19 ] . Debido a su naturaleza de nucleótidos, pueden disociarse rápidamente bajo fluctuaciones ambientales durante el ensamblaje, en presencia de bajas concentraciones de cationes divalentes y en presencia de nucleasas [ 23 ] [ 24 ] . Se han desarrollado varios métodos para proteger y estabilizar las estructuras de ADN. Sin embargo, dichos métodos requieren la encapsulación de la nanoestructura, lo que dificulta el acceso a las hebras de ADN y conduce a la reticulación covalente [ 24 ] . Kim y Yi presentaron un método de estabilización que implica la síntesis de nanoestructuras de ladrillos de ADN con oligonucleótidos dendríticos unidos a la superficie externa que mantienen la accesibilidad del ADN y previenen la digestión por nucleasas . Ciertos motivos de ladrillos de ADN permanecen estructuralmente estables a bajas concentraciones de sales divalentes y en presencia de nucleasas. Demostraron que ni los protectores químicos ni el entrelazamiento covalente de pares de bases eran necesarios para mantener la estabilidad de la estructura del ADN, especialmente en estructuras con dominios de unión de 13 nucleótidos o más. Asimismo, recubrir sus superficies con oligonucleótidos dendríticos impidió el uso de técnicas de entrelazamiento químico de pares de bases y métodos de encapsulación, ya que conservaban su estabilidad estructural en medios celulares y permitían el acceso a las secuencias de ADN en la superficie.

Otra estrategia potencial que puede facilitar el ensamblaje rápido y mejorar la estabilidad de los bloques de ADN es el uso de la estrategia de unidades múltiples entrelazadas cinéticamente (KIMU). Esta estrategia se utilizó para determinar si las hebras de ADN de unidades múltiples (MUD) podrían mejorar la estabilidad estructural y acelerar el proceso de hibridación para hebras de ADN de longitud media a larga en comparación con los ensamblajes tradicionales de bloques de ADN de hebra corta [ 23 ] . La teoría KIMU sugiere que aumentar el número de unidades no covalentes puede mejorar la estabilidad del ensamblaje de ADN, crear bloques de ADN con longitudes de ~50 nucleótidos y aumentar la colisión entre bloques de ADN. Los ensamblajes MUD aumentaron la concentración local de unidades de nucleótidos y permitieron que las estructuras de ADN bien ensambladas se recuperaran más fácilmente a través del entrelazamiento cinético después de la disolución. Este entrelazamiento, facilitado por la interacción entre múltiples unidades, mejoró la estabilidad del ensamblaje previo compuesto enteramente de hebras de ADN cortas, ofreciendo una estrategia alternativa para fabricar estructuras de ADN más largas pero estables.

Perspectivas futuras de los Legos de ADN

Los Legos de ADN tienen aplicaciones prometedoras en la encapsulación de fármacos y la administración intracelular. Las nanopartículas de ADN se crean con grupos reactivos con dos clavijas en una dirección y dos agujeros en otra [ 18 ] . Esta estructura permite que los ladrillos se conecten y creen diversas formas. Las formas de los ladrillos pueden volverse complejas para encapsular varias moléculas de fármacos. Estas formas se han aplicado en un intento de mejorar las inmunoterapias contra el cáncer. Por ejemplo, los Legos de ADN se han formado en forma de estrella con extremos adhesivos para encapsular doxorrubicina [ 25 ] . Cuando se mezclan en solución, los extremos adhesivos se unen rápidamente formando un ladrillo con forma de icosaedro con el fármaco anticancerígeno dentro de esta estructura [ 25 ] . Otro estudio investigó la captación celular de ladrillos de ácido nucleico esféricos (SNA). A través de las interacciones entre SNA y células dendríticas, las células tumorales se eliminan eficazmente, ya que la forma esférica del ladrillo permite un tráfico subcelular ajustable y la retención de péptidos [ 26 ] . Por lo tanto, la creación de nanopartículas de ADN con diversas formas podría mejorar la eficacia de las inmunoterapias al encapsular el fármaco, mejorando así su absorción celular.

Antes de que los "Legos de ADN" puedan tener aplicación clínica como nanopartículas, deben estabilizarse para garantizar una liberación adecuada del fármaco. Anteriormente, los "Ladrillos de ARN" se fijaban mediante magnesio [ 27 ] . El uso de magnesio para definir la forma de los "Ladrillos de ARN" mediante interacciones de contacto permite una fácil modulación de las estructuras. Esta idea es fácilmente aplicable al ADN, creando así un mecanismo que permite estabilizar los "Legos de ADN" para su uso clínico.

Además de la encapsulación de fármacos, los Legos de ADN tienen muchas otras aplicaciones potenciales, incluyendo sondas moleculares para estudios biológicos, control espacial para biosíntesis y nanofabricación rápida de moléculas inorgánicas complejas [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] . La modularidad de los bloques y su capacidad de autoensamblarse uno a uno permite la creación rápida de prototipos y la fabricación. Los bloques de ADN están compuestos por cortas cadenas de ADN sintético, por lo que estas cadenas pueden modificarse para tener características deseables o interacciones con otras moléculas. Además, se podrían usar polímeros, incluyendo L-ADN, para lograr propiedades químicas diseñadas, lo que permite diversas aplicaciones de los Legos de ADN [ 18 ] . La capacidad de los bloques para tener formas y propiedades químicas ajustables contribuye a la versatilidad de los Legos de ADN como plataforma para la ingeniería de sistemas a nanoescala altamente personalizables.

Aplicaciones biomédicas

El origami de ADN, al estar compuesto de un polímero biológico natural, se adapta bien al entorno biológico cuando las concentraciones de sal lo permiten [ 1 ] y ofrece un control preciso sobre el posicionamiento de moléculas y estructuras en el sistema. Esto permite que el origami de ADN sea aplicable a diversos escenarios en ingeniería biomédica. Las aplicaciones biomédicas actuales incluyen la liberación de fármacos mediante mecanismos de orden cero [ 2 ] , vacunas [ 3 ] , señalización celular [ 4 ] y aplicaciones de detección [ 5 ] .

El ADN se pliega en forma de octaedro y se recubre con una bicapa de fosfolípidos , imitando la envoltura de una partícula viral . Estas nanopartículas de ADN, cada una del tamaño aproximado de un virión, pueden permanecer en circulación durante horas tras ser inyectadas en ratones. Además, provocan una respuesta inmunitaria mucho menor que las partículas sin recubrimiento. Presentan un uso potencial en la administración de fármacos, según informaron investigadores del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard. [ 31 ] [ 32 ]

Investigadores del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard informaron sobre el desarrollo de dispositivos de administración de fármacos autoensamblables y autodestructivos mediante la técnica de origami de ADN en pruebas de laboratorio. El nanorobot de ADN que crearon consiste en un tubo de ADN abierto con una bisagra en un extremo que permite cerrarlo. El tubo, que contiene el fármaco, se mantiene cerrado gracias a un aptámero de ADN configurado para identificar y localizar ciertas proteínas relacionadas con la enfermedad. Una vez que los nanobots de origami alcanzan las células infectadas, los aptámeros se disocian y liberan el fármaco. El primer modelo de enfermedad que utilizaron los investigadores fue la leucemia y el linfoma . [ 33 ]

Investigadores del Centro Nacional de Nanociencia y Tecnología de Pekín y de la Universidad Estatal de Arizona desarrollaron un vehículo de administración de doxorrubicina , un fármaco anticancerígeno ampliamente conocido, basado en ADN origami. El fármaco se unió de forma no covalente a nanoestructuras de ADN origami mediante intercalación, logrando una alta carga de fármaco. El complejo ADN-doxorrubicina fue absorbido por células de adenocarcinoma de mama humano ( MCF-7 ) mediante internalización celular con una eficiencia mucho mayor que la doxorrubicina en su forma libre. El aumento de la actividad citotóxica se observó no solo en células MCF-7 normales , sino, lo que es más importante, también en células resistentes a la doxorrubicina. Los científicos plantearon la hipótesis de que el ADN origami cargado con doxorrubicina inhibe la acidificación lisosomal , lo que resulta en la redistribución celular del fármaco hacia los sitios de acción, incrementando así la citotoxicidad contra las células tumorales. [ 34 ] [ 35 ] Pruebas adicionales in vivo en ratones sugieren que, durante un período de 12 días, la doxorrubicina fue más eficaz para reducir el tamaño de los tumores en ratones cuando estaba contenida en nanoestructuras de origami de ADN (DONs). [ 36 ]

Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) están desarrollando un método para unir diversos antígenos virales a partículas de ADN con forma de virus para imitar el virus y utilizarlo en el desarrollo de nuevas vacunas. [ 37 ] Esto comenzó en 2016 cuando el laboratorio de Bathe creó un algoritmo conocido como DAEDALUS (Algoritmo de Diseño de Secuencias de Origami de ADN para Estructuras Definidas por el Usuario) para generar formas tridimensionales de ADN controladas con precisión. [ 38 ] Utilizando esta herramienta, diseñaron andamios con forma de virus que pueden unir modularmente diferentes antígenos a la superficie del andamio de ADN. Actualmente, el MIT está trabajando para desarrollar geometrías óptimas para que las células B reconozcan los antígenos del VIH. Investigaciones posteriores han intentado reemplazar los antígenos del VIH con SARS-CoV-2 y están probando si las vacunas muestran una respuesta inmune adecuada en células B aisladas y en ratones. [ 39 ]

Diagrama de cómo se une el ADN origami a los antígenos para generar activadores programables de células T.

De manera similar, investigadores de la Universidad Técnica de Múnich y la LMU de Múnich han desarrollado un método para que las células T ataquen las células tumorales mediante el uso de ADN origami recubierto de antígenos. [ 40 ] Los investigadores desarrollaron un método para crear chasis conocidos como activadores de células T programables (PTE), que son estructuras de ADN origami que pueden configurarse para unirse a células diana y células T definidas por el usuario, en función de los antígenos recubiertos en las superficies de la nanoestructura. Los resultados in vitro muestran que después de 24 horas de exposición, el 90% de las células tumorales fueron destruidas. Mientras tanto, las pruebas in vivo mostraron que sus PTE fueron capaces de unirse a las proteínas diana durante varias horas, lo que valida el mecanismo que diseñaron. [ 41 ]

Aplicaciones de la nanotecnología

En la literatura se han sugerido muchas aplicaciones potenciales, incluyendo la inmovilización de enzimas, sistemas de administración de fármacos y autoensamblaje nanotecnológico de materiales. Aunque el ADN no es la opción natural para construir estructuras activas para aplicaciones nanorrobóticas, debido a su falta de versatilidad estructural y catalítica, varios artículos han examinado la posibilidad de caminantes moleculares en origami e interruptores para computación algorítmica. [ 8 ] [ 42 ] Los siguientes párrafos enumeran algunas de las aplicaciones reportadas realizadas en laboratorios con potencial clínico.

En un estudio realizado por un grupo de científicos del centro iNANO y del centro CDNA de la Universidad de Aarhus , los investigadores lograron construir una pequeña caja de ADN tridimensional multi-conmutable con forma de origami. La nanopartícula propuesta se caracterizó mediante AFM , TEM y FRET . Se demostró que la caja construida posee un mecanismo de re-cierre único, que le permite abrirse y cerrarse repetidamente en respuesta a un conjunto único de secuencias de ADN o ARN. Los autores propusieron que este "dispositivo de ADN puede utilizarse potencialmente para una amplia gama de aplicaciones, como el control de la función de moléculas individuales, la administración controlada de fármacos y la computación molecular". [ 43 ]

Diagrama del autoensamblaje molecular de estructuras de ADN origami para aplicaciones nanotecnológicas.

Un equipo de bioingenieros del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard y del Instituto de Nanotecnología y Materiales Avanzados de la Universidad Bar-Ilan informó sobre la capacidad de nanorobots hechos de ADN origami para realizar tareas preprogramadas dentro de organismos vivos . Como prueba de concepto, el equipo inyectó diversos tipos de nanobots (ADN enrollado que encapsula moléculas con marcadores fluorescentes ) en cucarachas vivas. Al rastrear los marcadores dentro de las cucarachas, el equipo determinó la precisión de la administración de las moléculas (liberadas por el ADN desenrollado) en las células objetivo, y que las interacciones entre los nanobots y el control son equivalentes a los de un sistema informático. La complejidad de las operaciones lógicas, las decisiones y las acciones aumenta con el número de nanobots. El equipo estimó que la capacidad de procesamiento en la cucaracha puede escalarse hasta la de una computadora de 8 bits. [ 44 ] [ 45 ]

Un grupo de investigación del Instituto Indio de Ciencias utilizó nanoestructuras para desarrollar una plataforma que permitiera dilucidar el apilamiento coaxial entre las bases del ADN. Este enfoque empleó microscopía de superresolución basada en DNA-PAINT para visualizar estas nanoestructuras de ADN y realizó un análisis de la cinética de unión del ADN para dilucidar la fuerza fundamental del apilamiento de bases que ayuda a estabilizar la estructura de doble hélice del ADN. Posteriormente, ensamblaron nanoestructuras de ADN origami multiméricas, denominadas "estrella de tres puntas", en una estructura tetraédrica tridimensional de origami. El ensamblaje dependió principalmente de las interacciones de apilamiento de bases entre cada subunidad. El grupo demostró además que el conocimiento de dichas interacciones puede utilizarse para predecir y, por lo tanto, ajustar la estabilidad relativa de estas nanoestructuras de ADN multiméricas. [ 46 ]

Enfoques similares

También ha surgido la idea de utilizar el diseño de proteínas para lograr los mismos objetivos que el origami de ADN. Investigadores del Instituto Nacional de Química de Eslovenia trabajan en el diseño racional del plegamiento de proteínas para crear estructuras muy similares a las del origami de ADN. El enfoque principal de la investigación actual en el diseño del plegamiento de proteínas se centra en la administración de fármacos, utilizando anticuerpos unidos a proteínas para crear un vehículo dirigido. [ 47 ] [ 48 ]

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

  • Kube, Massimo; Kohler, Fabián; Feigl, Elías; Nagel-Yüksel, Baki; Willner, Elena M.; Funke, Jonás J.; Gerling, Thomas; Stömmer, Pierre; Honemann, Maximiliano N.; Martín, Thomas G.; Scheres, Sjors HW; Dietz, Hendrik (diciembre de 2020). "Revelando las estructuras de complejos de ADN a escala de megadalton con resolución de nucleótidos" . Comunicaciones de la naturaleza . 11 (1): 6229. Código Bib : 2020NatCo..11.6229K . doi : 10.1038/s41467-020-20020-7 . PMC 7718922 . PMID 33277481 .