Los investigadores han introducido un nuevo tipo de microscopía de "superresolución" y la han utilizado para descubrir el mecanismo de desplazamiento preciso detrás de estructuras diminutas hechas de ADN que podrían encontrar aplicaciones biomédicas e industriales.

Los investigadores también demostraron cómo el "caminante del ADN" es capaz de liberar un fármaco contra el cáncer, que representa una nueva tecnología biomédica potencial, dijo Jong Hyun Choi, profesor asociado de ingeniería mecánica en Purdue University.

Los nanomotores y andadores sintéticos son sistemas de intrincado diseño que extraen energía química del medio ambiente y la convierten en movimiento mecánico. Sin embargo, porque son demasiado pequeños para ser observados con microscopios ópticos convencionales, los investigadores no han podido aprender los pasos precisos involucrados en los mecanismos de la marcha, conocimiento esencial para perfeccionar la tecnología.

"Si no puede resolver o controlar a estos caminantes en acción, no podrá comprender su funcionamiento mecánico, "Dijo Choi.

Dirigió un equipo de Purdue que resolvió este problema mediante el desarrollo de un sistema de microscopía de súper resolución diseñado para estudiar los caminantes de ADN. Los nuevos hallazgos aparecieron en la revista. Avances de la ciencia el 20 de enero.

Investigadores de todo el mundo están creando motores sintéticos basados ​​en ADN y ARN, los materiales genéticos en las células que consisten en una secuencia de cuatro bases químicas:adenina, guanina citosina y timina. Los diseños están inspirados en motores biológicos naturales que han evolucionado para realizar tareas específicas críticas para la función de las células.

Los investigadores de Purdue han diseñado un sistema de caminata de ADN que consta de un núcleo enzimático y dos brazos. El caminante viaja a lo largo de una pista de nanotubos de carbono "decorada" con hebras de ARN. El núcleo enzimático escinde segmentos de estas hebras de ARN a medida que el caminante avanza continuamente, unión y recolección de energía del ARN. El andador se mueve en un ciclo de seis pasos que se repite mientras haya combustible de ARN.

Una nanopartícula fluorescente está unida a un brazo del andador de ADN, haciendo que brille cuando se expone a la luz en la parte visible del espectro. La pista de nanotubos de carbono también emite fluorescencia cuando se expone a la luz en una parte del espectro del infrarrojo cercano. Debido a que el nuevo sistema de microscopía de súper resolución funciona tanto en el espectro visible como en el infrarrojo cercano, es posible rastrear el mecanismo de marcha.

La tecnología de superresolución permite a los investigadores resolver características estructurales mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz visible, que normalmente es difícil con microscopios convencionales debido al límite de difracción de Abbe, establecido por el físico Ernst Abbe en 1873. El límite es de unos 250 nanómetros, que es grande en comparación con los pequeños caminantes, mide unos 5 nanómetros de largo.

A medida que el caminante de ADN se expone a la luz láser, la nanopartícula y el nanotubo se encienden y apagan aleatoriamente. Estos destellos se capturan como numerosos puntos fluorescentes en miles de cuadros de imágenes. Esta colección de puntos se usa luego para reconstruir el movimiento preciso del andador, que se mueve en un ciclo de seis pasos que implica escindir porciones de la hebra de ARN y recolectar su energía antes de pasar a la siguiente hebra.

Los hallazgos revelaron que tres pasos principales dominan este mecanismo de caminar.

"Entonces, si puede controlar estos tres pasos dentro de este ciclo de caminata, entonces realmente puede estudiar y controlar mejor a estos caminantes, "Dijo Choi." Puedes acelerarlos, puede hacer que se detengan y se muevan en diferentes direcciones ".

Mientras que anteriormente habría tomado 20 horas o más estudiar un ciclo completo de caminata, el nuevo enfoque acelera el proceso a aproximadamente un minuto.