La amplificación del ADN, una técnica de "fotocopiado" molecular en la que se replica el material genético, tiene muchas aplicaciones en la investigación científica. ciencia forense, y laboratorios médicos. Es útil para detectar e identificar ciertas formas de cáncer y enfermedades virales, y es prometedor para el tratamiento de estas enfermedades en el futuro.

El proceso de amplificación del ADN actualmente requiere ciclos térmicos en una amplia gama de altas temperaturas, desde 48 ° C a 95 ° C (118 ° F a 203 ° F). Como resultado, la calidad de las muestras biológicas que se procesan a menudo se ve comprometida. Un equipo de científicos japoneses ha desarrollado un método para amplificar el ADN a temperatura corporal dentro de células artificiales que se asemejan a las de los humanos.

Sus hallazgos fueron publicados el 9 de julio de 2019 en Comunicación química .

La amplificación de ADN se utiliza ampliamente en la investigación de biología molecular para la secuenciación de ADN a fin de determinar la estructura exacta de los nucleótidos que componen el material genético de un organismo. así como para la clonación de ADN y estudios relacionados con la expresión génica. También se utiliza para analizar el ADN recolectado de muestras antiguas. Las aplicaciones forenses incluyen huellas dactilares genéticas, una técnica que se utiliza a menudo para incriminar o reivindicar a sospechosos en una investigación criminal, para identificar el cuerpo de una persona fallecida, o para pruebas de paternidad / paternidad para confirmar a los padres biológicos de un niño. Las aplicaciones médicas de la replicación del ADN incluyen la detección e identificación de varios tipos de cáncer, así como enfermedades infecciosas, incluido el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), que puede ser muy difícil de detectar.

En la actualidad, La técnica de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) se usa comúnmente para amplificar un segmento de ADN. Durante el proceso de PCR, la muestra de ADN se calienta repetidamente para que se separe en dos hebras simples de ADN. Con la ayuda de una imprimación enzimática, cada nueva molécula ahora consta de una cadena antigua de ADN junto con una nueva cadena de ADN para formar la doble hélice.

Si bien se ha logrado la amplificación de ADN en células artificiales con el método de PCR, los ciclos repetitivos en un rango elevado de temperaturas a menudo dañan las delicadas moléculas que componen la muestra genética. Amplificación isotérmica, que permite una rápida amplificación de moléculas de ADN específicas a una temperatura más baja que permanece constante, podría resolver este problema. En lugar de PCR en solución, este método utiliza una herramienta molecular encapsulada diseñada para repetir la copia y liberación de un ADN de una sola hebra con una secuencia de ADN sintético que refleja la hebra original, un proceso conocido como amplificación del circuito de ADN.

"En nuestro estudio, Se crearon células artificiales que amplifican el ADN más de 5000 veces en respuesta a estímulos externos a la temperatura corporal. "dijo Shinichiro Nomura, profesor asociado de la Escuela de Graduados en Ingeniería, Universidad de Tohoku en Japón, y coautor del estudio.

Debido a que esto funciona a la temperatura corporal, "en el futuro, Permitirá a los científicos desarrollar células artificiales y robots moleculares que podrán diagnosticar células cancerosas y cuidar de las células detectando cantidades diminutas de moléculas de señal in situ dentro del cuerpo. "dijo Nomura.

Además, el momento en el que se produce la amplificación puede activarse y regularse artificialmente con luz, un proceso conocido como fotoestimulación. La amplificación de ADN fotoactivada es emocionante, ya que permitiría a los científicos producir y ensamblar nanoestructuras moleculares dentro de células artificiales con precisión sobre dónde y cuándo se activan dentro de la célula. Estas nanoestructuras moleculares artificiales podrían actuar esencialmente como robots moleculares capaces de detectar y combatir enfermedades desde el interior de la célula.

Según Nomura, los próximos pasos incluyen el desarrollo de sistemas de control en células artificiales utilizando los ADN amplificados, y, en última instancia, la detección de moléculas de señal que se producen en las células cancerosas.

En organismos vivos, Las moléculas de señal juegan un papel importante en los procesos de comunicación celular que gobiernan y coordinan las actividades y acciones celulares. incluido el desarrollo celular, reparación de tejidos y respuestas inmunes a la enfermedad. Cualquier error durante los procesos de señalización celular puede resultar en enfermedades como la diabetes, cáncer, y enfermedades autoinmunes. Al comprender la señalización celular y ser capaz de detectar moléculas de señal y reconocer errores en estas señales de comunicación, los médicos pueden identificar y tratar enfermedades de manera más eficaz.