Investigadores de la Universidad de Tohoku y la Universidad de Kioto han desarrollado con éxito un controlador molecular basado en ADN que dirige de forma autónoma el montaje y desmontaje de robots moleculares. Esta importante tecnología marca un paso importante hacia sistemas moleculares autónomos avanzados con aplicaciones potenciales en medicina y nanotecnología.
“Nuestro controlador molecular recientemente desarrollado, que consta de enzimas y moléculas de ADN diseñadas artificialmente, coexiste con robots moleculares y los controla generando moléculas de ADN específicas”, explica Shin-Ichiro M. Nomura, profesor asociado de ingeniería en la escuela de posgrado de la Universidad de Tohoku. . coautor del estudio. “Esto permite a los robots moleculares autoensamblarse y desmontarse sin necesidad de manipulación externa”.
Este funcionamiento autónomo es un avance importante, ya que permite a los robots moleculares realizar tareas en entornos donde las señales externas no pueden alcanzarlos.
Además de Nomura, el equipo de investigación incluyó a Ibuki Kawamata (profesor asociado en la Escuela de Graduados en Ciencias de la Universidad de Kioto), Kohei Nishiyama (estudiante de posgrado en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz) y Akira Kakugo (profesor en la Escuela de Graduados en Ciencias de la Universidad de Kioto). . ) se incluyeron. ).
La investigación sobre robots moleculares, diseñados para ayudar en el tratamiento y diagnóstico de enfermedades trabajando dentro y fuera del cuerpo, está ganando mucha atención. Investigaciones anteriores de Kakugo y sus colegas desarrollaron robots moleculares de tipo enjambre que se mueven individualmente. Estos robots se pueden montar y desmontar en grupo mediante manipulación externa. Pero gracias a un controlador molecular incorporado, los robots pueden montarse y desmontarse según una secuencia programada.
El controlador molecular inicia el proceso emitiendo una señal de ADN específica correspondiente al comando “ensamblar”. Los microtúbulos en la misma solución, modificados con ADN e impulsados por motores moleculares de cinesina, reciben la señal del ADN, alinean su dirección de movimiento y se ensamblan espontáneamente en una estructura de haz. A continuación, el controlador emite una señal de “desmontaje”, lo que hace que los haces de microtúbulos se desmonte automáticamente. Este cambio dinámico se logró mediante un control preciso del circuito molecular, que actúa como un procesador de señales altamente sofisticado. Además, el controlador molecular coexiste con los robots moleculares, eliminando la necesidad de manipuladores externos.
Se espera que el avance de esta tecnología contribuya al desarrollo de sistemas moleculares autónomos más complejos y avanzados. Como resultado, los robots moleculares pueden realizar tareas que no pueden lograrse reuniéndose únicamente con una orden y luego dispersándose para encontrar objetivos. Además, esta investigación amplió los términos de actividad de los robots moleculares al combinar diferentes grupos moleculares, como sistemas de circuitos de ADN y sistemas operativos de proteínas motoras.
“Al desarrollar un controlador molecular y combinarlo con circuitos de ADN cada vez más sofisticados y precisos, dispositivos de amplificación de información molecular y tecnologías de diseño biomolecular, esperamos que un enjambre de robots moleculares procese automáticamente una gama más diversa de información biomolecular. Lo haremos”, añade Nomura. “Estos avances podrían conducir a tecnologías innovadoras en la nanotecnología y el campo médico, como nanomáquinas para el reconocimiento y diagnóstico intramolecular o sistemas inteligentes de administración de fármacos”.
