Los investigadores pueden construir complejos Estructuras a escala nanométrica de casi cualquier forma y forma, utilizando hebras de ADN. Pero estas partículas deben diseñarse a mano, en un proceso complejo y laborioso.

Esto ha limitado la técnica, conocido como origami de ADN, a solo un pequeño grupo de expertos en el campo.

Ahora, un equipo de investigadores del MIT y otros lugares ha desarrollado un algoritmo que puede construir estas nanopartículas de ADN automáticamente.

De esta forma el algoritmo, que se informa junto con un enfoque de síntesis novedoso en la revista Ciencias esta semana, podría permitir que la técnica se utilice para desarrollar nanopartículas para una gama mucho más amplia de aplicaciones, incluyendo andamios para vacunas, portadores de herramientas de edición de genes, y en almacenamiento de memoria de archivo.

A diferencia del origami de ADN tradicional, en el que la estructura se construye manualmente a mano, el algoritmo comienza con un simple, Representación geométrica tridimensional de la forma final del objeto, y luego decide cómo se debe ensamblar a partir del ADN, según Mark Bathe, profesor asociado de ingeniería biológica en el MIT, quien dirigió la investigación.

"El artículo cambia el problema de uno en el que un experto diseña el ADN necesario para sintetizar el objeto, a uno en el que el objeto en sí es el punto de partida, con las secuencias de ADN necesarias definidas automáticamente por el algoritmo, ", Dice Bathe. Nuestra esperanza es que esta automatización amplíe significativamente la participación de otros en el uso de este poderoso paradigma de diseño molecular".

El algoritmo primero representa el objeto como un perfectamente liso, contorno continuo de su superficie. Luego divide la superficie en una serie de formas poligonales.

Próximo, recorre un largo, hebra única de ADN, llamado el andamio, que actúa como un hilo, en toda la estructura para mantenerla unida.

El algoritmo teje el andamio en un paso rápido y eficiente, que se puede utilizar para cualquier forma de objeto 3-D, Báñese dice.

"Ese [paso] es una parte poderosa del algoritmo, porque no requiere ninguna interfaz manual o humana, y está garantizado que funcionará para cualquier objeto 3-D de manera muy eficiente, " él dice.

El algoritmo que se conoce como DAEDALUS (Algoritmo de diseño de secuencia de ADN Origami para estructuras definidas por el usuario) en honor al artesano y artista griego que diseñó laberintos que se asemejan a las complejas estructuras de andamios del origami, puede construir cualquier tipo de forma tridimensional, siempre que tenga una superficie cerrada. Esto puede incluir formas con uno o más agujeros, como un toro.

A diferencia de, un algoritmo previo, publicado el año pasado en la revista Naturaleza , solo es capaz de diseñar y construir las superficies de objetos esféricos, e incluso entonces todavía requiere intervención manual.

La estrategia del equipo para diseñar y sintetizar las nanopartículas de ADN también fue validada mediante reconstrucciones de microscopía crioelectrónica en 3-D por el colaborador de Bathe, Wah Chiu en Baylor College of Medicine.

Los investigadores ahora están investigando una serie de aplicaciones para las nanopartículas de ADN creadas por el algoritmo DAEDALUS. Una de esas aplicaciones es un andamio para péptidos y proteínas virales para su uso como vacunas.

La superficie de las nanopartículas podría diseñarse con cualquier combinación de péptidos y proteínas, ubicado en cualquier lugar deseado en la estructura, para imitar la forma en que un virus aparece en el sistema inmunológico del cuerpo.

Los investigadores demostraron que las nanopartículas de ADN son estables durante más de seis horas en suero, y ahora están intentando aumentar aún más su estabilidad.

Las nanopartículas también podrían usarse para encapsular la herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9. La herramienta CRISPR-Cas9 tiene un enorme potencial en terapéutica, gracias a su capacidad para editar genes específicos. Sin embargo, Existe una necesidad significativa de desarrollar técnicas para empaquetar la herramienta y entregarla a células específicas dentro del cuerpo. Báñese dice.

Actualmente, esto se hace mediante virus, pero estos están limitados en el tamaño del paquete que pueden transportar, restringir su uso. Las nanopartículas de ADN, a diferencia de, son capaces de transportar paquetes de genes mucho más grandes y pueden equiparse fácilmente con moléculas que ayudan a apuntar a las células o tejidos correctos.

El equipo también está investigando el uso de nanopartículas como bloques de memoria de ADN. Investigaciones anteriores han demostrado que la información se puede almacenar en el ADN, de forma similar a los 0 y 1 utilizados para almacenar datos digitalmente. La información que se va a almacenar se "escribe" mediante la síntesis de ADN y luego se puede volver a leer mediante la tecnología de secuenciación de ADN.

El uso de nanopartículas de ADN permitiría almacenar esta información de forma estructurada y protegida, con cada partícula similar a una página o capítulo de un libro. Recordar un capítulo o libro en particular sería tan simple como leer la identidad de esa nanopartícula, algo así como usar fichas de biblioteca, Báñese dice.

El aspecto más emocionante del trabajo, sin embargo, es que debe ampliar significativamente la participación en la aplicación de esta tecnología, Báñese dice:al igual que la impresión 3D ha hecho para modelos geométricos 3D complejos a escala macroscópica.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.