Solo en la medicina del cáncer los médicos tienen como objetivo atacar y matar legiones de células del propio paciente. Pero las células sanas de los espectadores a menudo quedan atrapadas en un fuego cruzado mortal, razón por la cual los tratamientos contra el cáncer pueden causar efectos secundarios graves en los pacientes.

Los investigadores buscan medicinas más inteligentes para atacar únicamente a los malos. Una esperanza es que pequeños robots en la escala de una mil millonésima parte de un metro puedan venir al rescate, administrar medicamentos directamente a las células cancerosas rebeldes. Para hacer estos nanorobots, Los investigadores de Europa están recurriendo a los componentes básicos de la vida:el ADN.

Hoy dia, los robots vienen en todas las formas y tamaños. Uno de los robots industriales más fuertes puede levantar automóviles que pesen más de dos toneladas. Pero materiales como el silicio no son tan adecuados en las escalas más pequeñas.

Si bien puede hacer patrones realmente pequeños en silicio sólido, realmente no se puede convertir en dispositivos mecánicos por debajo de 100 nanómetros, dice el profesor Kurt Gothelf, químico y nanotecnólogo de ADN en la Universidad de Aarhus en Dinamarca. Ahí es donde entra el ADN ". El diámetro de la hélice del ADN es de solo dos nanómetros, "dice el profesor Gothelf. Un glóbulo rojo es aproximadamente 6, 000 nanómetros de ancho.

Lego

Dra. Tania Patiño, nanotecnólogo de la Universidad de Roma en Italia, dice que el ADN es como Lego. "Tienes estos pequeños bloques de construcción y puedes unirlos para crear la forma que quieras, ", explicó. Para continuar con la analogía, El ADN viene en cuatro bloques de colores diferentes y dos de los colores se emparejan uno frente al otro. Esto los hace predecibles.

Una vez que ensarte una línea de bloques de ADN, otra línea se emparejará opuesta. Los científicos han aprendido cómo unir el ADN de tal manera que introduzcan divisiones y dobleces. "Con un diseño inteligente, ramificas hebras de ADN para que ahora tengas tres dimensiones, ", dijo el profesor Gothelf." Es muy fácil predecir cómo se pliega ".

La Dra. Patiño está desarrollando nanorobótica de ADN autopropulsada en su proyecto, DNA-Bots. "El ADN es altamente sintonizable, ", dijo." Podemos tener un software que nos muestre qué secuencias producen qué forma. Esto no es posible con otros materiales a esta pequeña escala ".

Si bien los nanorobots de ADN están muy lejos de ser utilizados en personas, con el profesor Gothelf diciendo que 'no veremos ningún medicamento basado en esto en los próximos diez años, "Se están haciendo progresos en el laboratorio. Ya los científicos pueden obtener una cadena de ADN de un virus, y luego diseñe con software tramos más cortos de ADN para emparejar y doblar la cuerda en la forma deseada. "Esta asombrosa técnica se llama origami de ADN, ", dijo el profesor Gothelf. Permite a los científicos crear bots 3D hechos de ADN.

En un avance temprano, El laboratorio de investigación del profesor Gothelf hizo una caja de ADN con una tapa que se abrió. Más tarde, otro grupo construyó un robot con forma de barril que podía abrirse cuando reconocía las proteínas del cáncer, y liberar fragmentos de anticuerpos. Se está siguiendo esta estrategia para que un día un robot de ADN pueda acercarse a un tumor, átese a él y suelte su carga asesina.

"Con los nanorobots podríamos tener un suministro más específico a un tumor, "dijo el Dr. Patiño." No queremos que nuestros medicamentos se entreguen a todo el cuerpo ". Ella está en el laboratorio del profesor Francesco Ricci, que funciona en dispositivos de ADN para la detección de anticuerpos y la administración de fármacos.

Mientras tanto, la red Prof. Gothelf encabeza, ADN-Robótica, está formando a jóvenes científicos para que fabriquen piezas para la robótica de ADN que puedan realizar determinadas acciones. El profesor Gothelf está trabajando en un 'perno y cable' que se asemeja al freno de mano de una bicicleta, donde la fuerza en un lugar hace un cambio en otra parte del robot de ADN. Una idea fundamental en la red es 'plug and play, "lo que significa que cualquier pieza construida será compatible en un futuro robot.

Sangre

Además de realizar funciones específicas, la mayoría de los robots pueden moverse. Los robots de ADN son demasiado minúsculos para nadar contra nuestro torrente sanguíneo, pero todavía es posible diseñar en ellos pequeños motores útiles que utilicen enzimas.

El Dr. Patiño desarrolló previamente un nanointerruptor de ADN que podía detectar la acidez de su entorno. Su dispositivo de ADN también funcionó como un micromotor autopropulsado gracias a una enzima que reaccionaba con moléculas de ureasa comunes que se encuentran en nuestros cuerpos y actuaba como fuente de energía. "La reacción química puede producir suficiente energía para generar movimiento, "dijo el Dr. Patiño.

El movimiento es importante para llevar a los nanorobots a donde deben estar. "Podríamos inyectar estos robots en la vejiga y ellos recolectan la energía química usando ureasa y se mueven, "dijo el Dr. Patiño. En el futuro tal movimiento 'les ayudará a tratar un tumor o un sitio de enfermedad con más eficiencia que las nanopartículas pasivas, que no se puede mover ". Recientemente, Patiño y otros informaron que las nanopartículas equipadas con nanomotores se esparcen de manera más uniforme que las partículas inmóviles cuando se inyectan en la vejiga de ratones.

En lugar de nadar a través de la sangre, Los nanobots podrían atravesar barreras en nuestro cuerpo. La mayoría de los problemas en la administración de medicamentos se deben a estas barreras biológicas, como las capas mucosas, señala el Dr. Patiño. Las barreras están ahí para impedir los gérmenes, pero a menudo bloquean las drogas. Los robots de ADN autopropulsados ​​del Dr. Patiño podrían cambiar la permeabilidad de estas barreras o simplemente pasar a través de ellas.

Estabilidad

Las nanopartículas se pueden expulsar de la vejiga de un paciente, pero esta opción no es tan fácil en otras partes del cuerpo, donde podrían ser necesarios robots biodegradables que se autodestruyan. El ADN es un material ideal, ya que se descompone fácilmente dentro de nosotros. Pero esto también puede ser un inconveniente, ya que el cuerpo podría masticar rápidamente un robot de ADN antes de hacer el trabajo. Los científicos están trabajando para recubrir o camuflar el ADN y fortalecer los enlaces químicos para aumentar la estabilidad.

Otra desventaja potencial es que el sistema inmunológico puede ver los fragmentos desnudos de ADN como signos de enemigos bacterianos o virales. Esto puede desencadenar una reacción inflamatoria. Todavía, nunca se ha inyectado a una persona ningún nanobot de ADN. Sin embargo, El profesor Gothelf confía en que los científicos puedan solucionar estos problemas.

En efecto, la estabilidad y la reacción inmunitaria fueron obstáculos que los desarrolladores de las vacunas de ARNm, que entregan instrucciones genéticas al cuerpo dentro de una nanopartícula, tuvieron que superar. "Las vacunas Moderna y Pfizer (BioNTech) (para COVID-19) tienen una cadena de oligonucleótidos modificada que está formulada en una nano-vesícula, por lo que está cerca de ser un pequeño nanorobot, ", dijo el profesor Gothelf. Él prevé un futuro en el que los nanorobots de ADN suministran medicamentos exactamente donde se necesitan. Por ejemplo, un fármaco podría unirse a un robot de ADN con un enlazador especial que es cortado por una enzima que solo se encuentra dentro de ciertas células, asegurando así que el fármaco se libere en un lugar preciso.

Pero la robótica de ADN no es solo para nanomedicina. El profesor Gothelf está mezclando química orgánica con nanobots de ADN para transmitir luz a lo largo de un cable que tiene solo una molécula de ancho. Esto podría miniaturizar aún más la electrónica. Los bots de ADN podrían ayudar a la fabricación en las escalas más pequeñas, porque pueden colocar moléculas a distancias asombrosamente pequeñas pero precisas unas de otras.

Aunque por ahora La robótica del ADN para la medicina es con lo que sueñan la mayoría de los científicos. "Se podrían hacer estructuras mucho más inteligentes y mucho más específicas de lo que es posible hoy en día, ", dijo el profesor Gothelf." Esto tiene el potencial de producir una generación completamente nueva de medicamentos ".