A medida que avanza rápidamente el diseño de nanomáquinas, los investigadores están pasando de preguntarse si la nanomáquina funciona a cuánto tiempo funcionará. Esta es una pregunta especialmente importante ya que hay muchas aplicaciones potenciales, por ejemplo, para usos médicos, incluida la administración de fármacos, diagnostico temprano, seguimiento de enfermedades, instrumentación, y cirugía. En un nuevo estudio dirigido por Henry Hess, profesor asociado de ingeniería biomédica en Columbia Engineering, Los investigadores observaron una lanzadera molecular impulsada por proteínas motoras de kinesina y descubrieron que se degradaba cuando funcionaba, marcando la primera vez, ellos dicen, que la degradación se ha estudiado en detalle de forma activa, nanomáquina autónoma.

"Nuestro nanoshuttle se degradó como un automóvil que se desmorona después de unos cientos de miles de millas de conducción, excepto que, para nuestro transbordador molecular, el equivalente a cien mil millas resulta ser un milímetro, "dice Hess, quien colaboró ​​en el estudio con su exalumno Emmanuel Dumont PhD'14, ahora miembro de Innovación en Cornell Technion, y Catherine Do, Investigador científico postdoctoral en el Instituto de Genética del Cáncer del Centro Médico de la Universidad de Columbia. El artículo, "Desgaste molecular de los microtúbulos propulsados ​​por quinesinas adheridas a la superficie", se publica el 26 de enero en Nanotecnología de la naturaleza Publicación avanzada en línea.

Los investigadores ya están trabajando para crear músculos artificiales y otros materiales activos, y, para hacer útil, sistemas prácticos, es fundamental que comprendan cómo hacer que los sistemas duren. "Lo que esto significa, "Hess explica, "es que mientras tratamos de comprender el diseño de nanomáquinas biológicas que operan dentro de las células y luego intentamos inventar nuevas nanomáquinas sintéticas, tenemos que ser conscientes de su vida y hacer que duren o que puedan renovarse ".

Los sistemas biomoleculares pueden sufrir una serie de movimientos activos a nanoescala que son habilitados por la transducción de energía química en trabajo mecánico mediante procesos de polimerización y proteínas motoras. Hess y su equipo utilizaron un sistema in vitro para estudiar el movimiento a nanoescala y sus consecuencias y descubrieron que la actividad mecánica de los motores biomoleculares provoca un desgaste a escala molecular similar al desgaste de un motor de automóvil en funcionamiento. Inhumanos, Los motores biomoleculares también son responsables de la contracción de los músculos y la entrega de paquetes dentro de las células. y, para prevenir el envejecimiento y las enfermedades, estos procesos deben ejecutarse sin problemas durante toda la vida. Los mecanismos biológicos como el reemplazo continuo de partes moleculares han evolucionado para prevenir la rápida degradación de las nanomáquinas del cuerpo.

"Nuestro estudio ha demostrado que el desgaste es un tema importante que debe tenerse en cuenta en el diseño de nanomáquinas, "Hess agrega." Y está claro que una mejor comprensión de la nanoingeniería nos ayudará a comprender mejor el envejecimiento y la degeneración en los sistemas biológicos ".