Los investigadores de la Universidad McGill creen que han encontrado una forma de mejorar el desarrollo de biomateriales que podrían ser fundamentales en la administración de fármacos. regeneración de tejidos, nanoóptica y nanoelectrónica.

El equipo, dirigido por Hanadi Sleiman, Catedrático y Catedrático de Investigación de Canadá de Nivel 1 en Nanociencia del ADN en el Departamento de Química, desarrolló un método inspirado en la forma en que la naturaleza repara materiales defectuosos para crear formas más resistentes. Utilizaron la radiación de la cámara de un teléfono inteligente para "relajar" las estructuras basadas en el ADN y crear materiales similares a la vida que pueden variarse a pedido y utilizarse para diversos fines.

¿Qué preguntas te propusiste responder?

Estábamos interesados ​​en saber si era posible desarrollar nuevos procedimientos químicos que pudieran imitar mejor los procesos naturales y crear biomateriales reales con estructuras variadas y maleables que pudieran usarse en la ciencia de los materiales y la ingeniería de tejidos. La naturaleza utiliza la constante entrada y transformación de energía para modular la forma y función de sus sistemas químicos. En tejidos como el colágeno, esta conversión de energía da como resultado fibras con diferentes propiedades, dando lugar a variaciones en su elasticidad y robustez. A diferencia de, Las fibras artificiales se fabrican mediante procedimientos de fabricación estáticos y no ofrecen estos comportamientos dinámicos. dificultando la regulación de sus propiedades.

En este estudio, Buscamos emparejar fibras de ADN supramolecular con una pequeña molécula sensible a la luz para introducir dinamismo en estas estructuras, de una manera similar a cómo la naturaleza controla la función de los tejidos biológicos. El ADN es un material de construcción atractivo para generar nuevas arquitecturas fibrosas debido a sus propiedades predecibles de ensamblaje y reconocimiento molecular. También es inherentemente dinámico, lo que lo convierte en un candidato ideal para producir materiales biocompatibles con propiedades sintonizables.

¿Que encontraste?

Cuando estos componentes se mezclan a temperatura ambiente, se ensamblan en triples hélices de ADN que se combinan en fibras de micras de longitud, que luego se interconectan y se vuelven grandes, redes enredadas. Estas arquitecturas tienen defectos estructurales, limitando su utilidad en aplicaciones de ciencia de materiales e ingeniería de tejidos.

Para solucionar este problema, Utilizamos un sistema fotoquímico para regular el ensamblaje de estructuras basadas en ADN y desarrollamos un procedimiento en el que las fibras se desmontan tras la irradiación de la cámara de un teléfono inteligente. luego secuestrando hebras de ADN individuales en una alta energía, ADN de doble hebra. Cuando la luz está apagada, las hebras de ADN se liberan lentamente de su depósito de almacenamiento de alta energía, y las fibras se vuelven a ensamblar.

Descubrimos que a medida que se producía esta relajación de la alta energía, el producto entrelazado inicial no se reformó:en cambio, fibras individuales agregadas paralelas entre sí, generando "nanocables" gruesos con propiedades mecánicas mejoradas y mayor estabilidad térmica.

Empleando nuestro enfoque fotoquímico, se altera la ruta de ensamblaje de la polimerización, impactando la estructura de la fibra local. Las fibras formadas con nuestra estrategia tienen menos defectos estructurales que las que se cultivan sin activación del ciclo. Por tanto, se impide que nuestras fibras individuales más 'perfectas' se ramifiquen y, en cambio, se les anima a que se agreguen a lo largo de su eje de polimerización. dando lugar a cables robustos y organizados.

¿Por qué son importantes los resultados?

Uno de los avances de este trabajo es el desarrollo de nuevos métodos de caracterización (en colaboración con el laboratorio del Prof. Gonzalo Cosa) para entender el ensamblaje a nivel monofibra. Si bien las técnicas de fluorescencia de una sola molécula se han utilizado ampliamente para estudiar sistemas biológicos, este estudio marca la primera observación directa de los diferentes mecanismos de polimerización supramolecular, y el primer ensayo óptico desarrollado para probar la heterogeneidad de polímeros supramoleculares.

Anticipamos que estas nuevas metodologías serán ampliamente aplicables al estudio de materiales tanto naturales como sintéticos y pueden proporcionar información importante sobre cómo la naturaleza controla las propiedades de sus tejidos funcionales. permitiendo a los científicos producir materiales más dinámicos y ajustables.

Cuando identificamos imperfecciones dentro de un material, podemos desmontarlo y cambiar el camino de su reensamblaje para refinar la estructura. Esto da como resultado biomateriales más resistentes que se pueden utilizar como andamios para el crecimiento celular. regeneración de tejidos, y organización de nanomateriales.