Un sistema artificial que utiliza un hidrogel con ADN puede recibir una señal química y liberar la proteína adecuada, según los investigadores de Penn State. La estimulación adicional de la señal química continúa desencadenando una respuesta.

Un hidrogel es una red de cadenas de polímeros que atraen agua y pueden usarse para simular tejido biológico.

Muchos sistemas en las células y en el cuerpo humano están configurados con una vía de señal y respuesta. Uno de los más conocidos es el de la glucosa, un pequeño azúcar que desencadena la liberación de insulina.

Solo hemos hecho esto recientemente en una placa de Petri, "dijo Yong Wang, profesor de ingeniería biomédica. "Hicimos pruebas con células de músculo liso, pero, por supuesto, nos gustaría hacer esto en un animal vivo ".

Los investigadores informan en la edición de noviembre de Ciencia química , "Con un diseño racional, este sistema de hidrogel biomimético constituiría una plataforma general para controlar la salida de proteínas de señalización para aplicaciones potenciales versátiles, como la administración de fármacos, regulación celular, detección molecular y medicina regenerativa ".

El hidrogel hecho de polietilenglicol, está infundido con dos tipos diferentes de ADN. Uno es un aptámero, una hebra corta de ADN que se adhiere a la sustancia química que los investigadores quieren liberar en la célula. En el caso de la glucosa y la insulina, el aptámero uniría con la insulina el "fármaco" que los investigadores quieren liberar. El otro tipo es una molécula de ADN helicoidal de doble hebra elegida para reaccionar con la señal del metabolito, la glucosa, e iniciar la liberación química.

Cuando la molécula de señalización alcanza una doble hebra de ADN, el ADN se separa en dos hebras. Una hebra se une a la molécula y la otra se mueve hacia el aptámero y lo obliga a liberar la proteína unida a él. Luego, la proteína puede moverse a través de las células hasta su sitio de unión normal y realizar sus acciones normales.

"Este no fue un proceso simple de crear, ", dijo Wang." Un estudiante de posgrado trabajó en ello durante tres años antes de darse por vencido. En total, se necesitaron de cuatro a cinco años para llegar tan lejos ". Los investigadores utilizaron la adenosina como sustancia química de señalización y el factor de crecimiento derivado de las plaquetas como la proteína de señalización que se liberará. El sistema puede repetir la secuencia, liberando proteínas de señalización hasta que no haya más para liberar.

"Todavía no sabemos cómo reponer fácilmente las proteínas, "dijo Wang.

Los investigadores probaron el sistema de hidrogel de adenosina-PDGF-BB y encontraron que sin una señal química, la cantidad de proteína de señalización liberada por el hidrogel fue muy pequeña. Cuando se aplicó la sustancia química señal, la adenosina, el hidrogel liberó alrededor del 28 por ciento de la proteína de señalización diana, PDGF-BB. Otros productos químicos similares a la adenosina, como la guanosina y la uridina no provocaron la liberación de PDGF-BB del hidrogel.

"Con el tiempo, nos gustaría utilizar este sistema para la administración controlada de fármacos y otras acciones biológicas, "dijo Wang.