Trabajando en tuberías microscópicas de solo una millonésima parte del ancho de una sola hebra de cabello humano, los investigadores de la Universidad Johns Hopkins han diseñado una forma de garantizar que estas tuberías más pequeñas estén a salvo de las fugas más pequeñas.

Las tuberías sin fugas, hechas con nanotubos que se ensamblan y reparan por sí mismos y pueden conectarse a diferentes bioestructuras, son un paso significativo hacia la creación de una red de nanotubos que algún día podría entregar medicamentos, proteínas y moléculas especializadas a células específicas en el cuerpo humano. Las mediciones de alta precisión se describen hoy en Science Advances .

"Este estudio sugiere con mucha fuerza que es factible construir nanotubos que no tengan fugas utilizando estas sencillas técnicas de autoensamblaje, en las que mezclamos moléculas en una solución y dejamos que formen la estructura que queremos", dijo Rebecca Schulman, asociada profesor de ingeniería química y biomolecular que codirigió la investigación. "En nuestro caso, también podemos conectar estos tubos a diferentes extremos para formar algo parecido a una tubería".

El equipo trabajó con tubos de aproximadamente siete nanómetros de diámetro, unas dos millones de veces más pequeños que una hormiga, y varias micras de largo, o aproximadamente la longitud de una partícula de polvo.

El método se basa en una técnica establecida que reutiliza piezas de ADN como bloques de construcción para hacer crecer y reparar los tubos mientras les permite buscar y conectarse a estructuras específicas.

Estudios previos han diseñado estructuras similares para hacer estructuras más cortas llamadas nanoporos. Esos diseños se centran en la capacidad de los nanoporos de ADN para controlar el transporte de moléculas a través de membranas lipídicas cultivadas en laboratorio que imitan la membrana de una célula.

Pero si los nanotubos son como tuberías, los nanoporos son como accesorios de tubería cortos que por sí solos no pueden llegar a otros tubos, tanques o equipos. El equipo de Schulman se especializa en nanotecnología bioinspirada para abordar este tipo de problemas.

"Construir un tubo largo a partir de un poro podría permitir que las moléculas no solo atraviesen el poro de una membrana que contiene las moléculas dentro de una cámara o célula, sino también dirigir hacia dónde van esas moléculas después de salir de la célula", dijo Schulman. "Pudimos construir tubos que se extendían desde los poros mucho más largos que los que se habían construido antes, lo que podría acercar a la realidad el transporte de moléculas a lo largo de las 'carreteras' de nanotubos".

Los nanotubos se forman utilizando hebras de ADN que se tejen entre diferentes dobles hélices. Sus estructuras tienen pequeños huecos como trampas para dedos chinas. Debido a las dimensiones extremadamente pequeñas, los científicos no habían podido probar si los tubos podían transportar moléculas a distancias más largas sin fugas o si las moléculas podían deslizarse a través de los huecos de sus paredes.

Yi Li, un graduado de doctorado del departamento de ingeniería química y biomolecular de Johns Hopkins que codirigió el estudio, realizó el nanoequivalente de tapar el extremo de una tubería y abrir un grifo para asegurarse de que no se filtre agua. Yi tapó los extremos de los tubos con "tapones" especiales de ADN y pasó una solución de moléculas fluorescentes a través de ellos para rastrear las fugas y las tasas de entrada.

Al medir con precisión la forma de los tubos, cómo sus biomoléculas se conectaban a nanoporos específicos y qué tan rápido fluía la solución fluorescente, el equipo demostró cómo los tubos movían las moléculas en pequeños sacos cultivados en laboratorio que se asemejaban a la membrana de una célula. Las moléculas brillantes se deslizaron como agua por un conducto.

"Ahora podemos llamar a esto más un sistema de plomería, porque estamos dirigiendo el flujo de ciertos materiales o moléculas a través de distancias mucho más largas usando estos canales", dijo Li. "Podemos controlar cuándo detener este flujo usando otra estructura de ADN que se une muy específicamente a esos canales para detener este transporte, funcionando como una válvula o un tapón".

Los nanotubos de ADN podrían ayudar a los científicos a comprender mejor cómo interactúan las neuronas entre sí. Los investigadores también podrían usarlos para estudiar enfermedades como el cáncer y las funciones de los más de 200 tipos de células del cuerpo.

A continuación, el equipo realizará estudios adicionales con células sintéticas y reales, así como con diferentes tipos de moléculas.

Los autores incluyeron al profesor de física y astronomía de Johns Hopkins, Brice Ménard, e Himanshu Joshi y Aleksei Aksimentiev de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. + Explora más

Los tubos pequeños vienen en paquetes grandes