Una nueva técnica de origami de ADN promete avances en medicina
Un equipo de científicos ha desarrollado un método innovador para personalizar y fortalecer las estructuras de origami de ADN, lo que podría conducir a avances en medicina, biotecnología y más allá.
Por la Universidad de Portsmouth
El origami de ADN es el plegamiento del ADN a nanoescala para crear formas bidimensionales y tridimensionales arbitrarias. Imagen generada con Copilot.
Un estudio sugiere que una nueva técnica para construir estructuras de ADN a nivel microscópico podría impulsar la administración de fármacos y el diagnóstico de enfermedades.
Un equipo de científicos de las universidades de Portsmouth y Leicester, en el Reino Unido, ha desarrollado una forma innovadora de personalizar y fortalecer el origami de ADN.
El origami de ADN es una técnica que permite diseñar y construir estructuras tridimensionales complejas a partir de hebras de ADN como bloques de construcción. Este método fue desarrollado por Paul Rothemund en 2006, y se basa en la capacidad del ADN para formar estructuras específicas a través de la complementariedad de sus bases nitrogenadas (adenina, timina, guanina y citosina).
Sin embargo, estas estructuras de ADN son delicadas y pueden desmoronarse fácilmente en condiciones biológicas, como son los cambios de temperatura y la exposición a ciertas enzimas que se encuentran en los organismos vivos.
Estructuras de origami de ADN más resistentes y versátiles.
En un nuevo artículo publicado en el Journal of the American Chemical Society los investigadores han presentado una forma única de hacer las estructuras de origami más fuertes y versátiles en una reacción de un solo paso, mediante un proceso conocido como fotoenlace cruzado dirigido por tripletes.
Al modificar estratégicamente las cadenas de ADN durante el proceso de diseño, los investigadores pudieron introducir secuencias adicionales de nucleótidos —los componentes básicos del ADN— que sirven como puntos de unión para moléculas funcionales.
La unión de las moléculas se consiguió utilizando oligonucleótidos formadores de tríplex portadores de un agente reticulante. También conocido como agente de entrecruzamiento, es una sustancia química que se utiliza para crear enlaces covalentes entre cadenas de polímeros, formando una red tridimensional. Este proceso se denomina reticulación o entrecruzamiento y puede alterar significativamente las propiedades físicas y mecánicas del material polimérico.
A continuación, utilizaron un proceso químico con luz ultravioleta para unir permanentemente estas moléculas a las formas de ADN.
Un beneficio particular de este enfoque es la generación de superelementos básicos que actúan para unir la estructura. Los autores del artículo aeguran que la reticulación con regiones fuera del núcleo del origami reduce drásticamente la sensibilidad de la estructura al calor y al desmontaje por enzimas.
Imagen conceptual generada con Copilot.
"Las aplicaciones potenciales de esta técnica son de gran alcance. La capacidad de adaptar estructuras de origami de ADN con funcionalidades específicas es inmensamente prometedora para avanzar en los tratamientos médicos y diagnóstico— afirma David Rusling, autor principal del artículo cinetífico que trabaja en la Facultad de Farmacia y Ciencias Biomédicas de la Universidad de Portsmouth. Y añade—: Vislumbramos un futuro en el que las estructuras de origami de ADN podrían usarse para administrar medicamentos o ADN directamente a las células enfermas, o para crear herramientas de diagnóstico altamente sensibles".
Las aplicaciones actuales del origami de ADN en biomedicina incluyen vacunas, nanosensores biológicos, administración de fármacos, biología estructural y vehículos de administración de materiales genéticos.
Una tercera hebra adicional.
“Mi laboratorio lleva años luchando por crear estructuras de origami de ADN que sigan siendo funcionales en aplicaciones biológicas reales— dice el doctor Andrey Revyakin, coautor del trabajo y exprofesor de la Universidad de Leicester. Y continúa—: El método triplex del doctor Rusling, que mejora la doble hélice clásica del ADN con una tercera hebra adicional, estabiliza las formas de ADN y lo hace con gran precisión, sin afectar a los módulos funcionales de la molécula”.
Según el artículo publicado en el Journal of the American Chemical Society, la nueva estrategia es escalable y rentable, ya que funciona con estructuras de origami existentes, no requiere rediseñar el andamiaje y puede lograrse con una sola hebra de ADN.
“Lo realmente emocionante de esta técnica es que no cambia la secuencia de ADN origami subyacente, lo que ofrece la posibilidad de utilizar estas estructuras como portadoras de genes sintéticos”, finaliza el doctor Rusling.
Información facilitada por la Universidad de Portsmouth -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón Producciones
Fuente: Shantam Kalra, Amber Donnelly, Nishtha Singh, Daniel Matthews, Rafael Del Villar-Guerra, Victoria Bemmer, Cyril Dominguez, Natalie Allcock, Dmitry Cherny, Andrey Revyakin, and David A. Rusling. Functionalizing DNA Origami by Triplex-Directed Site-Specific Photo-Cross-Linking. Journal of the American Chemical Society (2024). DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.4c03413
