Nueva herramienta para la biología sintética: un hito en la aplicación de la nanotecnología del ADN
Nanorobots de ADN capaces de alterar células artificiales
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Científicos de la Universidad de Stuttgart han logrado controlar la estructura y función de las membranas biológicas con ayuda del "origami de ADN". El sistema que han desarrollado puede facilitar el transporte de grandes cargas terapéuticas al interior de las células. Esto abre una nueva vía para la administración selectiva de medicamentos y otras intervenciones terapéuticas. De este modo, se puede añadir un instrumento muy valioso a la caja de herramientas de la biología sintética. La profesora Laura Na Liu y su equipo publicaron sus hallazgos en la revista "Nature Materials".
Nanorobots de ADN reconfigurables que trabajan en la superficie de células sintéticas.
Universität Stuttgart / 2. Physikalisches Institut
La forma y la morfología de una célula desempeñan un papel clave en su función biológica. Esto se corresponde con el principio de "la forma sigue a la función", habitual en los campos modernos del diseño y la arquitectura. La transferencia de este principio a las células artificiales es un reto de la biología sintética. Los avances en nanotecnología del ADN ofrecen ahora soluciones prometedoras. Permiten crear nuevos canales de transporte lo suficientemente grandes como para facilitar el paso de proteínas terapéuticas a través de las membranas celulares. En este campo emergente, científicos como la Profesora Laura Na Liu, Directora del2º Instituto de Física de la Universidad de Stuttgart y Becaria del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido (MPI-FKF), han desarrollado una herramienta innovadora para controlar la forma y la permeabilidad de las membranas lipídicas en células sintéticas. Estas membranas están formadas por bicapas lipídicas que encierran un compartimento acuoso y sirven como modelos simplificados de las membranas biológicas. Son útiles para estudiar la dinámica de las membranas, las interacciones entre proteínas y el comportamiento de los lípidos.
Un hito en la aplicación de la nanotecnología del ADN
Esta nueva herramienta puede allanar el camino para la creación de células sintéticas funcionales. El trabajo científico de Laura Na Liu pretende influir significativamente en la investigación y el desarrollo de nuevas terapias. Liu y su equipo han logrado utilizar nanorobots de ADN dependientes de señales para permitir interacciones programables con células sintéticas. "Este trabajo es un hito en la aplicación de la nanotecnología del ADN para regular el comportamiento celular", afirma Liu. El equipo trabaja con vesículas unilamelares gigantes (GUV), estructuras simples del tamaño de una célula que imitan a las células vivas. Utilizando nanorobots de ADN, los investigadores pudieron influir en la forma y funcionalidad de estas células sintéticas.
Nuevos canales de transporte para proteínas y enzimas
La nanotecnología del ADN es una de las principales áreas de investigación de Laura Na Liu. Es experta en estructuras de origami de ADN: cadenas de ADN que se pliegan mediante secuencias de ADN más cortas diseñadas específicamente, las llamadas grapas. El equipo de Liu utilizó estructuras de origami de ADN como nanorobots reconfigurables que pueden cambiar reversiblemente su forma e influir así en su entorno inmediato en el rango de los micrómetros. Los investigadores descubrieron que la transformación de estos nanorobots de ADN puede acoplarse a la deformación de las GUV y a la formación de canales sintéticos en las membranas de las GUV modelo. Estos canales permitían el paso de moléculas de gran tamaño a través de la membrana y podían volver a cerrarse en caso necesario.
Estructuras de ADN totalmente artificiales para entornos biológicos
"Esto significa que podemos utilizar nanorobots de ADN para diseñar la forma y la configuración de las GUV para permitir la formación de canales de transporte en la membrana", afirma el profesor Stephan Nussberger, coautor de este trabajo. "Es muy emocionante que el mecanismo funcional de los nanorobots de ADN en las GUV no tenga un equivalente biológico directo en las células vivas", añade Nussberger.
El nuevo trabajo plantea nuevas preguntas: ¿Podrían diseñarse plataformas sintéticas -como los nanorobots de ADN- con menos complejidad que sus homólogos biológicos, que sin embargo funcionarían en un entorno biológico?
Comprender los mecanismos de las enfermedades y mejorar las terapias
El nuevo estudio es un paso importante en esta dirección. El sistema de canales entre membranas creado por los nanorobots de ADN permite el paso eficaz de determinadas moléculas y sustancias al interior de las células. Y lo que es más importante, estos canales son grandes y pueden programarse para cerrarse cuando sea necesario. Aplicado a células vivas, este sistema puede facilitar el transporte de proteínas o enzimas terapéuticas a sus dianas en la célula. Ofrece así nuevas posibilidades para la administración de fármacos y otras intervenciones terapéuticas. "Nuestro planteamiento abre nuevas posibilidades para imitar el comportamiento de las células vivas. Este avance podría ser crucial para futuras estrategias terapéuticas", afirma el profesor Hao Yan, uno de los coautores de este trabajo.
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