Nano-robô, a grande virada para a saúde

 

Como construir um nano-robô DNA 

Pesquisadores revelaram hoje um nano-robô de DNA que pode rastrear as células de leucemia e matá-las, desencadeando uma carga terapêutica que faz com que as células cancerosas  se autodestruam. Incrivelmente, este assassino molecular pode realizar essa tarefa, deixando as células saudáveis ​​ilesas.Os principais pesquisadores no campo da nanotecnologia estão chamando os bots clam-like (que são montados a partir dos mesmos componentes que compõem o seu código genético) um marco importante no campo das drogas inteligentes. Este nível de louvor foi suado, e um tempo para chegar, é tomado no campo da nanotecnologia DNA trinta anos para chegar onde está hoje. Descubra como os cientistas chegaram aqui, e como a nanotecnologia de DNA - uma vez considerada por muitos como um sonho - agora está prestes a mudar o futuro da medicina e da tecnologia para sempre.O que é nanotecnologia DNA?Nanotecnologias são materiais, estruturas ou dispositivos intencionalmente concebidos por cientistas a funcionar numa escala de menos de 100 nanómetros. Como um ponto de referência, uma molécula de água é de cerca de 1 nanómetro transversalmente, enquanto que um único fio de cabelo tem um diâmetro de cerca de 100.000 nanómetros. Pesquisadores usam uma variedade de moléculas para criar nanotecnologias (nanotubos de carbono, por exemplo, são populares em nanotecnologia), mas nanotecnólogos DNA trabalhar com - você adivinhou - DNA.Como construir um DNA NanorobotWhy DNA? Comparado com um monte de outros materiais de construção microscópicos, os componentes que compõem o DNA (e da forma como eles interagem uns com os outros) são muito bem compreendidos. Cada cadeia de ADN é constituída por uma série de apenas quatro componentes básicos, nomeadamente: adenina, timina, guanina, citosina e (abreviado A, T, G e C). Coletivamente, esses blocos de construção são chamados nucleotídeos. Traga duas fitas de DNA juntos, com nucleotídeos que se complementam um ao outro de maneira correta (A com T, G com C), e eles vão fazer par - ou "hibridizar" - um com o outro.Você é tudo familiarizado com a dupla hélice mostrado acima, é a conformação mais comumente sabido que duas fitas de DNA pode demorar. Mas filamentos de DNA pode assumir outras formas, como bem. Por exemplo, durante um processo conhecido como recombinação genética, um total de quatro fios podem juntar-se numa configuração transiente conhecida como uma junção de Holliday.Tamanho totalUm olhar para a junção de Holliday - visto aqui - e você pode começar a entender como o DNA pode ser usado para construir estruturas mais complexas do que a dupla hélice que todos nós conhecemos e amamos. A coisa mais natural conformações de DNA como a junção de Holliday, no entanto, é que eles são instáveis ​​- os fios só ficam posicionados em que a conformação particular, por um tempo curto e, portanto, fazer para materiais de construção muito triste em projetos de nano-escala de construção.Mas os cientistas são inteligentes. Lembre-se do filme Gattaca? O nome era um arranjo criativo das letras correspondentes às quatro componentes nucleotídeos, e muito na maneira que o diretor Andrew Niccol organizou as letras A, T, G e C para soletrar o título de seu filme, os cientistas podem juntar-se estes indivíduos blocos de construção em conjunto para criar vertentes que soletram para fora o que quiserem. Ao reunir custom-made seqüências de nucleotídeos, os cientistas podem, portanto, criar moléculas de DNA artificiais capazes de reunir em arranjos que - como a junção de Holliday - têm vários "ramos" de DNA, mas são muito, muito mais estável.Como construir um nano-robô DNAO que você pode construir com este material?Esta figura ilustra a (e também um dos mais básicos), primeiro exemplos de nanoarquitetura DNA - o que Nadrian Seeman, o cientista que primeiro concebeu a nanotecnologia de DNA no início dos anos oitenta, chama de "a noção fundamental" por trás de todo o campo. À esquerda é um quatro-braço molécula de DNA ramificado, com caudas de nucleotídeos (rotulados X, X ', Y e Y') que podem formar ligações estruturalmente sólidas com as caudas de outros, idênticas moléculas de DNA de quatro braços para dar origem a o quadrilátero à direita."No exemplo mostrado," explica Seeman, "apenas o interior [cadeia de DNA termina] são utilizados na formação do quadrilátero. Por conseguinte, a estrutura pode ser estendida para formar um látice infinito."Era 1982 quando Seeman demonstrou pela primeira vez que cruzamentos e sebes pode ser trabalhada de DNA, mas essas estruturas eram apenas o primeiro de uma lista crescente de construções cada vez mais complexas (e cada vez mais capaz) de DNA. Não foi longa, por exemplo, antes de os investigadores conseguiu criar fios de nucleótidos que pode montar em formas mais complexas - um cubo, por exemplo, ou um tetraedro. Na virada do século, os pesquisadores haviam projetado uma máquina real em forma de "pinças moleculares" - um sistema dinâmico de múltiplos filamentos de DNA capazes de abrir e fechar em torno de outros objetos em escala nano.Como construir um métodos de DNA NanorobotNovel de DNA montagem também foram desenvolvidas e aperfeiçoadas, sobretudo uma técnica chamada "DNA origami", onde uma longa fita de DNA é dobrado sobre si próprio e mantidos juntos por menores "grampo" cadeias de nucleotídeos. Em 2006, a DNA Origami método foi implementado com grande efeito quando os pesquisadores usaram a técnica para criar uma variedade de complexos 2-D construções, incluindo um rosto sorridente, e um mapa do hemisfério ocidental.Tamanho totalA Próxima Revolução IndustrialA estrutura 3-D primeiro a ser montado através do método de origami foi criado em 2009. Uma equipe de pesquisadores do Centro de Nanotecnologia de DNA na Dinamarca usaram a técnica para criar uma caixa de DNA auto-montagem, projetada para transportar em torno de (então teórico) terapêutica de carga (a caixa, mostrado aqui, ainda tem uma tampa que pode ser aberto com teclas de DNA especialmente concebidos); em 2010, os pesquisadores operado com sucesso a primeira linha de montagem composta inteiramente de DNA nanobots programáveis, e menos de um ano atrás, os pesquisadores previam a iminente chegada de sofisticados, nano-escala de entrega de drogas veículos capazes de atingir células doentes - que é precisamente o tipo de nanorrobô vemos descrito na edição de hoje da revista Science.Jessica New Scientist Hamzelou resume as conclusões do papel:

    [Uma equipe de pesquisa liderada pelo pesquisador de Harvard Shawn Douglas] projetou o dispositivo com software de modelagem de DNA que compreende como pares de bases do DNA unem, bem como a estrutura helicoidal que os resultados. Quando eles entram em uma forma de sua escolha para o programa, ele retorna uma lista de cadeias de DNA que podem ser misturados entre si para criar o formato desejado.

    A forma que Douglas e seus colegas tinham em mente era molusco, sendo assim, que o nanorrobô poderia manter uma dose da droga no seu interior até que era hora de entregá-lo. [A estrutura molecular do nanorrobô da equipe é mostrado aqui]

    Para testar o seu potencial terapêutico, a equipa de Douglas criado um nanorrobô com fechaduras que unzipped em resposta a moléculas expressas na superfície de células de leucemia. A equipe então carregado com uma única molécula conhecida para matar as células, interferindo com o seu ciclo de crescimento. Finalmente, lançaram milhões de cópias em uma mistura de saudáveis ​​e cancerosos células sanguíneas humanas.

    Três dias depois, cerca de metade das células de leucemia tinham sido destruídas, mas não as células saudáveis ​​tinham sido prejudicados."O grupo de prova de princípio de que o origami de DNA tem a capacidade de criar drogas altamente inteligentes que ativam apenas em encontrar células doentes", explica Jørgen Kjems - que liderou a equipe da Dinamarca que criou o primeiro 3-D origami de DNA de volta em 2009, mas não estava envolvido na pesquisa. "Isso vai inevitavelmente diminuir os efeitos tóxicos e colaterais das drogas desenvolvidas dentro do dispositivo."Paul Rothemund Caltech, que usou DNA origami para criar o rosto sorridente de que falamos anteriormente, ecoou os sentimentos dos Kjems:"Drogas inteligentes que podem ser requintadamente direcionados para tipos específicos de células são um dos principais objetivos da pesquisa biomédica", explicou. "A capacidade de [jogo] ligação da concha para o tipo de célula alvo e usar isto como um gatilho para entrega é um grande passo para além das drogas inteligentes de hoje."A próxima grande revolução industrial já começou, e ele está jogando para fora em nível microscópico. Nos últimos trinta anos, a nanotecnologia DNA cresceu de pouco mais de um castelo conceitual no céu para um meio viável e promissora de computação e arquitetura molecular, e hoje, está pavimentando o caminho para avanços monumentais em ciência, medicina e indústria.Da mesma forma que nas últimas décadas têm sido marcados por uma evolução na eletrônica, as décadas ainda por vir será definida por uma evolução na escala nano máquinas biológicas.Os resultados de Douglas e sua equipe são publicados na edição de hoje da revista Science.