(PhysOrg.com) - Las nanopartículas de oro (diminutas esferas de oro de apenas unas mil millonésimas de metro de diámetro) se han convertido en herramientas útiles en la medicina moderna. Se han incorporado a sistemas de administración de fármacos en miniatura para controlar la coagulación sanguínea, y también son los componentes principales de un dispositivo, ahora en ensayos clínicos, que está diseñado para quemar tumores malignos.

Sin embargo, una propiedad de estas partículas se interpone en el camino de muchos desarrollos nanotecnológicos:son pegajosas. Las nanopartículas de oro se pueden diseñar para atraer biomoléculas específicas, pero también se adhieren a muchas otras partículas no deseadas, lo que a menudo las hace ineficaces en la tarea designada.

Los investigadores del MIT han encontrado una manera de convertir este inconveniente en una ventaja. En un artículo publicado recientemente en American Chemical Society Nano , La profesora asociada Kimberly Hamad-Schifferli de los Departamentos de Ingeniería Biológica e Ingeniería Mecánica y el postdoctorado Sunho Park PhD '09 del Departamento de Ingeniería Mecánica informaron que podrían aprovechar la pegajosidad de las nanopartículas para duplicar la cantidad de proteína producida durante la traducción in vitro, un factor importante herramienta que utilizan los biólogos para producir de forma segura una gran cantidad de proteína para su estudio fuera de una célula viva.

Durante la traducción, grupos de biomoléculas se unen para producir proteínas a partir de moldes moleculares llamados ARNm. La traducción in vitro aprovecha estos mismos componentes biológicos en un tubo de ensayo (a diferencia de la traducción in vivo, que ocurre en células vivas), y se puede agregar un ARNm artificial para garantizar la producción de una proteína deseada. Por ejemplo, si un investigador quisiera estudiar una proteína que una célula no produciría naturalmente, o una proteína mutada que sería dañina para la célula in vivo, podría usar la traducción in vitro para crear grandes cantidades de esa proteína para observación y prueba. Pero hay una desventaja de la traducción in vitro:no es tan eficiente como podría ser. "Puede que algún día consigas algo de proteína, y ninguno para los dos siguientes, ”Explica Hamad-Schifferli.

Con financiación del Instituto de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas, Hamad-Schifferli y sus compañeros de trabajo se propusieron inicialmente diseñar un sistema que evitaría la traducción. Este proceso, conocido como inhibición de la traducción, puede detener la producción de proteínas dañinas o ayudar a un investigador a determinar la función de las proteínas al observar el comportamiento de las células cuando la proteína ha sido eliminada. Para lograr esto, Hamad-Schifferli adjuntó ADN a nanopartículas de oro, esperando que los grandes agregados de nanopartículas de ADN (NP-ADN) bloqueen la traducción.

Ella estaba desanimada sin embargo, para encontrar que el NP-ADN no disminuyó la producción de proteínas como se esperaba. De hecho, tenía algunos datos inquietantes que sugerían que, en lugar de inhibir la traducción, el NP-DNA lo estaba impulsando. "Ahí es cuando nos ponemos nuestras gorras de ingeniería, ”Recuerda Hamad-Schifferli.

Resulta que las nanopartículas pegajosas acercan las biomoléculas necesarias para la traducción, lo que ayuda a acelerar el proceso de traducción. Adicionalmente, la parte de ADN del complejo NP-ADN está diseñada para unirse a una molécula de ARNm específica, que se traducirá en una proteína específica. La unión debe ser lo suficientemente fuerte para mantener el ARNm en su lugar para la traducción, pero lo suficientemente suelto como para que el ARNm también pueda unirse a las otras moléculas necesarias para el proceso. Debido a que la molécula de ADN diseñada tiene un socio de ARNm específico, que el ARNm en una solución de muchas moléculas similares se puede mejorar sin tener que aislarlo.

Además de mejorar la traducción in vitro, Los complejos NP-ADN de Hamad-Schifferli pueden tener otras aplicaciones. Según Ming Zheng, un químico investigador del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, podrían combinarse con nanotubos de carbono:diminutos, cilindros huecos que son increíblemente fuertes para su tamaño. En última instancia, pueden ser la piedra angular de los sistemas de transporte que transportan medicamentos al interior de las células o entre ellas. La adherencia del NP-DNA podría mejorar la velocidad y precisión de dicho sistema de administración de fármacos.

Aunque Hamad-Schifferli confía en que su descubrimiento hará que la traducción in vitro sea más fiable y eficiente, ella no ha terminado. Ella espera jugar con su sistema para mejorar aún más la producción de proteínas in vitro, y vea si el sistema se puede aplicar para mejorar la traducción en células vivas. Para ayudar a alcanzar estos objetivos, debe diseñar y realizar experimentos para determinar qué moléculas están involucradas en el proceso de mejora, y cómo interactúan. "Lo bueno es que hemos tenido suerte, "Hamad-Schifferli dice, reflexionando sobre su descubrimiento. "La desventaja es que será difícil determinar exactamente cómo funciona el sistema".