Dos millones de veces más pequeñas que una hormiga es el tamaño de unos nanotubos con seis nanómetros de diámetro logrados por investigadores de la Universidad Johns Hopkins. El objetivo es utilizarlos para administrar fármacos a células de forma individual.
La profesora Rebecca Schulman, experta en ingeniería química y biomolecular, explica, en un estudio que difunde Science Advances, los pormenores del diseño de estas tuberías, de solo una millonésima parte del ancho de una sola hebra de cabello humano. Garantiza que no se producen fugas en su recorrido.
El método para crearlas se basa en una técnica establecida que reutiliza piezas de ácido desoxirribonucléico (ADN) como bloques de construcción para hacer crecer y reparar los nanotubos mientras les permite buscar y conectarse a estructuras específicas.
Para diversos analistas, estas 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 ser el vehículo ideal para entregar medicamentos, proteínas y moléculas especializadas en células específicas del cuerpo humano.
Como señala la profesora Schulman, «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 simplemente dejamos que formen la estructura que queremos. En nuestro caso, también podemos unir estos tubos a diferentes puntos finales, para formar algo así como una tubería”.
Nanotubos como una partícula de polvo de longitud
Este equipo de investigadores trabajó con tubos de aproximadamente siete nanómetros de diámetro, unos dos millones de veces más pequeños que una hormiga, y varias micras de longitud (similar a la de una partícula de polvo).
El equipo de la profesora Schulman está especializado en el diseño y desarrollo de nanoestructuras y materiales biomoleculares inteligentes, que tienen la peculiaridad de ser adaptativos mediante la combinación de ideas de la ciencia de los materiales, la bioquímica, el diseño de circuitos, la física de la materia blanda y la biología sintética libre de células.
Como explica esta investigadora, la nanotecnología del ADN permite el diseño de complejos procesos moleculares de autoensamblaje, que involucran a cientos de especies diferentes que producen estructuras con características virtualmente arbitrarias a nanoescala.
La biología sintética ahora permite el diseño de circuitos moleculares que integran información química. El grupo de Schulman desarrolla estas técnicas y las utiliza para producir biomateriales dinámicos y sensores inteligentes.
Estas tecnologías de plataforma se pueden aplicar para desarrollar nuevos ensayos y terapias para biólogos, materiales inteligentes para cultivo celular y administración de fármacos.
Además, estos científicos construyen los citados ingenios aplicando herramientas básicas que ellos mismos han desarrollado para el autoensamblaje dinámico de materiales y circuitos químicos para la autorregulación.
Se centran en el desarrollo de mecanismos para la construcción de materiales masivamente reconfigurables, utilizando principios de diseño similares a los que emplea el citoesqueleto.
Este trabajo incluye el desarrollo de mecanismos para el control de la nucleación y arquitectura de filamentos semiflexibles, mediante el diseño de vías de ensamblaje con barreras energéticas específicas.
Nanoporos de ADN
En estudios previos, se diseñaron estructuras similares para lograr 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.
«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», matiza la profesora Schulman.
Los nanotubos se forman utilizando hebras de ADN que se tejen entre diferentes dobles hélices. Sus estructuras tienen pequeños huecos. 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.
El ingeniero químico Yi Li, codirector del estudio, llevó a cabo el nanoequivalente de tapar el extremo de una tubería y abrir un grifo para asegurarse de que no se filtre agua. Cerró 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 la rapidez con la que fluía la solución fluorescente, estos científicos demostraron cómo los tubos movían las moléculas en pequeños sacos cultivados en laboratorio que se asemejaban a la membrana de una célula.
