En un avance único en su tipo, un equipo de investigadores de la UBC Okanagan ha desarrollado un sistema adhesivo artificial que imita fielmente las interacciones biológicas naturales.
El Dr. Isaac Lee y su equipo de la Facultad de Ciencias Barber de Irving estudian la biofísica a nivel de una sola molécula y unicélula. Su investigación se centra en comprender cómo las células interactúan físicamente entre sí y con su entorno, con el objetivo final de desarrollar herramientas avanzadas para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
Dos de los estudiantes de doctorado del Dr. Lee, Micah Yang y David Baker, han desarrollado una nueva molécula que puede cambiar la forma en que las células se conectan y se comunican entre sí.
El autor principal del estudio, Micah Yang, explica que todas las células tienen una “pegajosidad” natural que les permite comunicarse, unirse y formar tejidos. A diferencia de los pegamentos cotidianos, que se liberan más fácilmente al aumentar la fuerza, muchas interacciones de adhesivos celulares se comportan de manera opuesta: cuanto más fuerte se tira, más fuertes son. Esta adherencia heterogénea y autorreforzada, conocida como vínculos de captura, es crucial para facilitar las funciones biológicas esenciales y mantenerte en una sola pieza.
La innovación de Yang implica un par de moléculas de ADN diseñadas para imitar este comportamiento de unión.
Apodado el “anzuelo” por su estructura distintiva, este sistema basado en ADN consta de dos componentes: el pez y el anzuelo. Utilizando interacciones complementarias de pares de bases de ADN, el sistema funciona como un pez muerde un anzuelo, formando un vínculo de captura. El comportamiento del vínculo se puede afinar modificando la secuencia de ADN del pez y el anzuelo, lo que permite controlar su fuerza bajo diferentes fuerzas.
“Los enlaces de captura desempeñan funciones importantes en sistemas como los receptores de células T y la adhesión bacteriana, que son clave para las respuestas inmunes, la integridad de los tejidos y la mecanodetección: la detección y respuesta de una célula a las fuerzas físicas”, dice Yang. ”, dice Yang. “La naturaleza ha perfeccionado estas interacciones durante millones de años, pero simular artificialmente sus propiedades dinámicas ha sido un gran desafío, hasta ahora.
El estudio, publicado recientemente Comunicaciones de la naturalezadestaca las ventajas de este novedoso sistema basado en ADN.
“La capacidad de ajuste de este sistema es un avance significativo con respecto a los bonos de captura sintéticos anteriores”, dice Yang. “La capacidad de controlar con precisión el comportamiento dependiente de la fuerza de unión lo convierte en una herramienta ideal para estudiar interacciones biológicas y desarrollar materiales avanzados”.
Los usos potenciales de los enlaces de anzuelo son muchos, dice Yang.
En la ciencia de los materiales, el diseño puede inspirar la creación de materiales sensibles que se fortalezcan bajo tensión, lo que los hace ideales para tecnologías portátiles o aplicaciones aeroespaciales donde la durabilidad es fundamental.
En medicina, este enfoque podría mejorar los sistemas de administración de fármacos o los soportes tisulares al permitirles interactuar con las células de una manera sensible a la fuerza, imitando los procesos biológicos naturales.
Aunque el desarrollo de enlaces adhesivos sintéticos aún está en sus inicios, Yang lo ve como un paso emocionante en la ingeniería biomimética, un enfoque que busca imitar el rendimiento y la adaptabilidad de los sistemas naturales. Este trabajo abre nuevas posibilidades para diseñar materiales que imiten o aumenten los procesos biológicos naturales.
“Al imitar interacciones biológicas como el vínculo de captura, los científicos no sólo están aprendiendo más sobre cómo funcionan estos sistemas en la naturaleza, sino que también están allanando el camino para nuevas tecnologías que podrían prolongar la vida humana”.
