En una escena familiar en la ciencia ficción, el héroe activa su dispositivo de invisibilidad en territorio enemigo. En la realidad, los virus utilizan tácticas similares para hacerse invisibles ante el sistema inmunológico. Ahora, científicos del Instituto Wyss para la Ingeniería Inspirada Biológicamente de Harvard, han imitado las tácticas virales para construir los primeros nanodispositivos ADN que pueden sobrevivir a las defensas inmunitarias del organismo.
Los virus recubiertos (abajo), se cubren a sí mismos con lípidos como parte de su ciclo de vida. Los nuevos nanodispositivos ADN recubiertos con lípidos (arriba) se parecen mucho a los virus, y evaden las defensas inmunitarias de los ratones. Crédito: Instituto Wyss Steven Perrault/Harvard Institute
Los resultados allanan el camino para nanorobots ADN inteligentes que podrían utilizar la lógica para diagnosticar el cáncer, más temprano y con mayor precisión que los médicos pueden hoy en día; dirigir fármacos a los tumores, o incluso elaborar fármacos en el sitio para paralizar el cáncer.
La misma estrategia de camuflaje también se podría utilizar para hacer contenedores microscópicos artificiales, llamados protocélulas, que podrían actuar como biosensores para la detección de agentes patógenos en los alimentos, o productos químicos tóxicos en el agua potable.
El ADN es bien conocido porque contiene la información genética, pero en la actualidad, los bioingenieros lo están utilizando como material de construcción. Para ello utilizan un origami de ADN – un método que el Dr. William Shih , el investigador principal, ayudó a extender de 2D a 3D. Con ese método, los científicos toman un filamento largo de ADN y lo programan para que se pliegue en formas específicas, algo así como una hoja de papel se puede plegar para crear formas distintas en el arte tradicional japonés.
El equipo de Shih monta las formas para construir dispositivos nanométricos de ADN, que algún día podrían ser tan complejos como la maquinaria molecular que se encuentra en las células. Así por ejemplo, están desarrollando métodos para construir pequeños robots de ADN que detectan su entorno, calculan una respuesta, y a continuación llevan a cabo una tarea útil, como la realización de una reacción química o la generación de fuerza mecánica o de movimiento.
Esos nanorobots de ADN pueden parecer sacados de la ciencia ficción, pero ya existen. En 2012 los investigadores del Instituto Wyss reportaron en la revista Science que habían construido un nanorobot que utiliza lógica para detectar una célula diana, y activar un anticuerpo que acciona un “interruptor de suicidio” en las células de leucemia o linfoma.
Para que un nanodispositivo ADN diagnostique o trate con éxito una enfermedad, primero debe sobrevivir las defensas del organismo el tiempo suficiente para hacer su trabajo, pero el equipo de Shih descubrió que los nanodispositivos ADN que se inyectan en el torrente sanguíneo de los ratones se digieren rápidamente.
La naturaleza inspiró la solución: los científicos diseñaron sus nanodispositivos para imitar a un tipo de virus que protege su genoma encerrándolo en una caja de proteína sólida, y luego la recubrieron con una capa aceitosa idéntica a las de las membranas que rodean las células vivas. Ese revestimiento contiene una capa doble (bicapa) de fosfolípido, que ayuda a los virus a evadir el sistema inmune y los lleva al interior de la célula.
Para recubrir los nanodispositivos ADN con fosfolípidos, el Dr. Steve Perrault, un becario del Instituto Wyss y parte del grupo de Shih, primeramente plegó el ADN para lograr una forma de octaedro del tamaño de un virus, y luego aprovechó la precisión de la nanotecnología de ADN para construir manijas para colgar los lípidos, que a su vez dirigen el montaje de una sola membrana bicapa que rodea el octaedro. Bajo un microscopio electrónico los nanodispositivos revestidos son muy similares a los virus recubiertos.
Perrault luego demostró que los nuevos nanodispositivos son capaces de sobrevivir en el cuerpo. Lo logró al cargarlos con un tinte fluorescente, inyectarlos en ratones, y utilizar imagenología de cuerpo completo para ver qué partes del ratón brillaban.
En los ratones que recibieron los nanodispositivos sin recubrimiento sólo brilló la vejiga, lo que significa que los animales los descompusieron rápidamente y estaban listos para excretar sus contenidos. Pero en los animales que recibieron los nuevos nanodispositivos recubiertos, todo el cuerpo brilló durante horas, lo que mostró que los nanodispositivos permanecieron en el torrente sanguíneo por un tiempo similar al que los fármacos eficaces permanecen en el cuerpo.
En el futuro, los nanorobots camuflados podrían activar el sistema inmunológico para combatir el cáncer o suprimir el sistema inmunológico para ayudar a que el tejido trasplantado se establezca.
Artículo científico: Steven D. Perrault, William M. Shih. Virus-Inspired Membrane Encapsulation of DNA Nanostructures To Achieve In VivoStability. ACS Nano (2014), doi: 10.1021/nn5011914
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