el ADN, presente en casi todas las células, se usa cada vez más como material de construcción para construir estructuras pequeñas pero sofisticadas, como 'caminantes de ADN' autónomos que pueden moverse a lo largo de una superficie de micropartículas, etiquetas fluorescentes para aplicaciones de diagnóstico, 'cajas de ADN'que sirven como vehículos inteligentes de suministro de medicamentos programados para abrirse en sitios de enfermedades para liberar su contenido terapéutico, o fábricas programables para nanopartículas de tamaños y formas definidas para nuevas aplicaciones ópticas y electrónicas.
Para acomodar estas funciones, los investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería Biológica de Harvard y de todo el mundo han desarrollado formas que permiten que los filamentos de ADN se autoensamblen en estructuras 3D cada vez más complejas, como los origami de ADN andamio. Sin embargo, los origamis de ADN están limitadossus tamaños porque dependen de la disponibilidad de hebras de andamios que pueden ser difíciles de fabricar y manipular. En 2012, Peng Yin y su equipo en el Instituto Wyss presentaron un método alternativo en Naturaleza 2D y ciencia 3D que se basa en 'ladrillos' de ADN, que no usan un andamio, sino que pueden conectarse como ladrillos Lego® entrelazados y, por lo tanto, autoensamblarse en estructuras del tamaño de origami con formas prescritas.
como se informa en Naturaleza , el equipo superó su tecnología en dos órdenes de magnitud, permitiendo que los ladrillos de ADN de próxima generación se autoensamblen en nanoestructuras tridimensionales que son 100 veces más complejas que las creadas con métodos existentes. Origami de ADN y ladrillos de ADN de primera generaciónse ensambla a partir de cientos de componentes únicos para producir nanoestructuras en la escala MegaDalton, mientras que el nuevo enfoque de ladrillos de ADN permite que 10,000 componentes se autoensamblen en estructuras de tamaño GigaDalton 1 GigaDalton equivale a 1000 MegaDaltons o 1 billón de Daltons. El estudio proporciona al usuarioHerramientas informáticas amigables para diseñar nanoestructuras de ADN con cavidades complejas y posiblemente superficies que tienen el potencial de servir como componentes de construcción en numerosas aplicaciones nanotecnológicas en medicina e ingeniería.
"El principio y las capacidades prometedoras de nuestros ladrillos de ADN de primera generación nos llevaron a preguntarnos si podemos mejorar el sistema para lograr nanoestructuras significativamente más complejas con rendimientos mucho más altos en reacciones de ensamblaje de una sola olla. Aquí logramos hacer todo esto.Desarrollamos una plataforma práctica de fácil acceso que permite a los investigadores con intereses y aplicaciones muy diferentes en mente crear un lienzo molecular con 10,000 ladrillos y usarlo para construir nanoestructuras con complejidades y potencial sin precedentes ", dijo el autor correspondiente Yin, Ph.D.,quien es miembro de la Facultad Central del Instituto Wyss, co-líder de la Iniciativa de Robótica Molecular del Instituto y Profesor de Biología de Sistemas en la Facultad de Medicina de Harvard.
la tecnología de ladrillos de ADN se basa en la naturaleza estable y altamente programable del ADN. Un solo ladrillo de ADN es una hebra corta de ADN sintético formada por una secuencia predefinida de las cuatro bases de nucleótidos universales: adenina A, citosina C, guanina G y timina T. Los investigadores del Instituto Wyss crean grandes nanoestructuras 3D al mezclar varios ladrillos, cada uno con su propia secuencia única de nucleótidos que está diseñada para adaptarse y unirse a un dominio complementario de bases de nucleótidos enotro ladrillo para que puedan autoensamblarse. En la nueva versión de la tecnología, al variar la longitud de los dominios de unión individuales dentro de los ladrillos, el equipo terminó con una diversidad sustancialmente mayor entre los posibles ladrillos que, además, se unen mucho más fuerte a cada unoEl estudio también desarrolló un software de computadora fácil de usar para que los diseñadores puedan simplemente ingresar una forma 3D requerida y recibir automáticamente una lista de secuencias de ladrillos de ADN que pueden sintetizarse y usarse para formar la cadena deseadaucture.
"Demostramos las capacidades de nuestra tecnología al construir cubos masivos que contienen hasta 30,000 ladrillos y mostramos algunas formas ejemplares que se pueden construir a partir de subconjuntos de esos ladrillos. Es notable que los ladrillos pudieran distinguir entre decenas de miles desocios potenciales para encontrar a sus vecinos correctos, y fue emocionante ver que la técnica de ladrillos de ADN podría usarse para formar cavidades bastante complejas como un oso de peluche, la palabra 'AMOR' o una tira de Möbius, entre muchos otros ", dijo primeroautor Luvena Ong, Ph.D., un ex estudiante graduado en el laboratorio de Yin y ahora investigador de investigación en Bristol-Myers Squibb.
El equipo de Yin colaboró con investigadores del Centro Nacional de Investigación Científica CNRS y el Instituto Nacional Francés de Investigación en Salud y Medicina INSERM en Montpellier, Francia y el Instituto de Bioquímica Max Planck en Munich, Alemania, para desplegar una colección demétodos de microscopía de última generación para visualizar las cavidades diseñadas en cuboides 3D. "Las estructuras de cavidades compuestas de ladrillos de ADN son de gran interés ya que ofrecen la posibilidad de diseñar nanocontenedores en los que se puedan colocar biomoléculas como proteínas en lugares muy definidosarreglos para estudiar sus interacciones y aprovechar sus actividades ", dijo el co-autor corresponsal Yonggang Ke, Ph.D., quien desarrolló la primera plataforma de ladrillos de ADN con Yin como becario postdoctoral en el Instituto Wyss, y ahora es profesor asistente en el GeorgiaInstituto de Tecnología y Universidad de Emory. Ke, trabajando junto con su estudiante graduado Pengfei Wang, fue instrumental en el avance de la tecnología a su nueva versión ".ding restos funcionales a ladrillos de ADN que pueden llevar a cabo procesos de ensamblaje y enzimáticos, pueden convertirse en herramientas poderosas para procesos de nanofabricación comerciales y biomédicos en una nueva escala ", dijo Ke.Los investigadores creen que, en el futuro, el método también podría usarse para generar grandes nanoestructuras con superficies externas esculpidas y específicas de la aplicación.
"La forma en que la tecnología de ladrillos de ADN multifacética está evolucionando muestra cómo la Iniciativa de Robótica Molecular del Instituto Wyss puede profundizar en el campo de la nanotecnología del ADN para permitir nuevos enfoques que podrían resolver muchos problemas del mundo real", dijo el Director Fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber,MD, Ph.D., quien también es el profesor de Biología Vascular Judah Folkman en HMS y el Programa de Biología Vascular en el Hospital de Niños de Boston, así como Profesor de Bioingeniería en SEAS.
Otros autores en el estudio son el coautor corresponsal Gaetan Bellot, Ph.D., quien dirigió el esfuerzo de reconstrucción de tomografía electrónica en 3D de las nanoestructuras de ADN junto con Patrick Bron, Ph.D. y Josephine Lai-Kee-Him,Ph.D., en el CNRS e INSERM en Montpellier, Francia, y Ralf Jungmann, Ph.D., facultad de la LMU Munich y el Instituto Max Planck de Bioquímica en Alemania y sus estudiantes graduados Florian Schueder y Maximilian Strauss.son miembros pasados y presentes del equipo del Instituto Wyss de Yin, incluidos el estudiante visitante Nikita Hanikel, el investigador investigador Casey Grun, Ph.D., Jocelyn Kishi, Ph.D. y Cameron Myhrvold, Ph.D., que en el momento del estudioeran estudiantes graduados, estudiantes graduados Bei Wang y asistentes de investigación Omar Yaghi y Allen Zhu.
El estudio fue apoyado por el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada, la Oficina de Investigación Naval, la Oficina de Investigación del Ejército, un Premio de Investigación Emory Winship Cancer Institute Billi y Bernie Marcus, y becas de la Fundación Nacional de Ciencias, el Académico Nacional AlemánFundación y Servicio Alemán de Intercambio Académico.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Original escrito por Benjamin Boettner. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :