Científicos de la Universidad de Stuttgart han logrado controlar la estructura y función de las membranas biológicas con la ayuda de “origami de ADN”. El sistema que desarrollaron podría facilitar el transporte de grandes cargas terapéuticas al interior de las células. Esto abre una nueva vía para la administración dirigida de fármacos y otras terapias. Por tanto, se puede añadir una herramienta muy valiosa a la caja de herramientas de la biología sintética. La profesora Laura Na Liu y su equipo publicaron sus hallazgos en la revista. Materiales naturales.
La forma y la forma de las células juegan un papel clave en la función biológica. Esto es consistente con el principio de “la forma sigue a la función”, común en los campos modernos del diseño y la arquitectura. Transferir este principio a células artificiales es un desafío en biología sintética. Los avances en la nanotecnología del ADN ofrecen ahora una solución prometedora. Permiten la creación de nuevos canales de transporte lo suficientemente grandes como para facilitar el paso de proteínas terapéuticas a través de las membranas celulares. Científicos de este campo emergente como la profesora Laura Na Liu, directora 2Dakota del Norte Investigadores del Instituto de Física de la Universidad de Stuttgart y del Instituto Max Planck de Investigación del Estado Sólido (MPI-FKF) han desarrollado una herramienta innovadora para controlar la forma y la permeabilidad de las membranas lipídicas en células artificiales. Estas membranas están compuestas de bicapas lipídicas que rodean un compartimento acuoso y sirven como modelos simplificados de membranas biológicas. Son útiles para estudiar la dinámica de las membranas, las interacciones de las proteínas y el comportamiento de los lípidos.
Un hito en la aplicación de la nanotecnología del ADN
Esta nueva herramienta podría allanar el camino para la creación de células artificiales funcionales. El trabajo científico de Laura Na Liu pretende influir significativamente en la investigación y el desarrollo de nuevos tratamientos. Liu y su equipo han logrado utilizar nanorobots de ADN dependientes de señales para permitir interacciones programables con células artificiales. “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 unilaminares gigantes (GUV), que son 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 artificiales.
Nuevos canales de transporte de proteínas y enzimas.
La nanotecnología del ADN es una de las principales áreas de investigación de Laura Na Liu. Es un experto en estructuras de origami de ADN: hebras de ADN que se pliegan mediante secuencias cortas de ADN especialmente diseñadas, las llamadas grapas. El equipo de Liu utilizó estructuras de origami de ADN como nanorobots reconfigurables que pueden cambiar su forma de manera reversible y así afectar su entorno inmediato en el rango micrométrico. Los investigadores descubrieron que la transformación de estos nanorobots de ADN podría estar relacionada con la deformación de los GUV y la formación de canales artificiales en membranas GUV modelo. Estos canales permiten que moléculas más grandes pasen a través de la membrana y pueden volverse a sellar si es necesario.
Estructuras de ADN totalmente sintéticas para entornos biológicos
“Esto significa que podemos utilizar nanorobots de ADN para diseñar la forma y configuración de los GUV para permitir la formación de canales de transporte en la membrana”, afirma el profesor Stefan Nusberger, coautor del trabajo. “Es muy interesante que el mecanismo funcional de los nanorobots de ADN en los GUV no tenga un equivalente biológico directo en las células vivas”, afirma Nussberger.
El nuevo trabajo plantea nuevas preguntas: ¿Pueden las plataformas sintéticas, como los nanorobots de ADN, diseñarse con menos complejidad que sus contrapartes biológicas y aún así funcionar en un entorno biológico?
Comprender los mecanismos de la enfermedad y mejorar los tratamientos.
El nuevo estudio es un paso importante en esa dirección. Un sistema de canales a través de membrana, formado por nanorobots de ADN, permite que ciertas moléculas y sustancias pasen a través de las células de manera eficiente. Lo más importante es que estos canales son grandes y se pueden programar para que se cierren cuando sea necesario. Cuando se aplica a células vivas, este sistema puede facilitar la entrega de proteínas o enzimas terapéuticas a sus objetivos en la célula. Ofrece así nuevas posibilidades para la administración de fármacos y otras terapias. “Nuestro enfoque abre nuevas posibilidades para imitar el comportamiento de las células vivas. Este desarrollo podría ser importante para futuras estrategias terapéuticas”, afirma el profesor Hao Yan, uno de los coautores de este trabajo.
