Investigadores del Nano Institute de la Universidad de Sydney han logrado un avance significativo en el campo de la robótica molecular mediante el uso de origami de ADN para crear nanoestructuras programables y diseñadas a medida.
Este enfoque innovador tiene potencial en una variedad de aplicaciones, desde sistemas de administración de fármacos específicos hasta materiales sensibles y procesamiento de señales ópticas energéticamente eficientes. El método utiliza ‘DNA Origami’, llamado así porque utiliza la capacidad natural de plegado del ADN, el componente básico de la vida humana, para crear estructuras biológicas nuevas y útiles.
Como prueba de concepto, los investigadores han creado más de 50 objetos a nanoescala, entre ellos un ‘nano-dinosaurio’, un ‘robot danzante’ y una mini-Australia de 150 nanómetros de ancho, mil veces más delgada que un cabello humano.
La investigación se publica hoy en la destacada revista de robótica. Robótica científica.
La investigación, dirigida por el primer autor, el Dr. Min Tri Luu, y la líder del equipo de investigación, la Dra. Shelly Wickham, se centró en la creación de “vóxeles” modulares de origami de ADN que pudieran ensamblarse en estructuras tridimensionales complejas. (Cuando un píxel es bidimensional, un vóxel se realiza en 3D).
Estas nanoestructuras programables se pueden adaptar para funciones específicas, lo que permite la creación rápida de prototipos de diferentes configuraciones. Esta flexibilidad es crucial para el desarrollo de sistemas robóticos a nanoescala que puedan servir en biología sintética, nanomedicina y ciencia de materiales.
El Dr. Wickham, que ocupa un puesto conjunto con las Facultades de Química y Física de la Facultad de Ciencias, afirmó: “Los resultados son un poco como construir un mecano, un juguete de ingeniería para niños o un columpio para gatos con forma de cadena. Desde metal a macroescala o cuerda, podemos usar la nanoescala para construir robots con un enorme potencial.
El Dr. Luu dijo: “Hemos desarrollado una nueva clase de nanomateriales con propiedades ajustables, lo que permite una variedad de aplicaciones: desde materiales adaptativos que cambian las propiedades ópticas en respuesta al entorno hasta nanorobots autónomos diseñados para encontrar y destruir células cancerosas”.
Para ensamblar los vóxeles, el equipo incorporó cadenas de ADN adicionales en el exterior de la nanoestructura, actuando las nuevas cadenas como sitios de unión programables.
El Dr. Luu dijo: “Estos sitios actúan como velcro con diferentes colores, diseñados para que sólo se puedan conectar hebras con ‘colores’ coincidentes (en realidad, secuencias de ADN complementarias)”.
Dijo que este método innovador permite un control preciso sobre cómo se unen los vóxeles entre sí, lo que permite la creación de arquitecturas personalizables y altamente específicas.
Una de las aplicaciones más interesantes de esta tecnología es la posibilidad de crear cajas robóticas a nanoescala capaces de administrar medicamentos directamente a áreas específicas del cuerpo. Utilizando origami de ADN, los investigadores pueden diseñar estos nanobots para que respondan a señales biológicas específicas, asegurando que los medicamentos se liberen sólo cuando y donde sean necesarios. Este enfoque dirigido puede aumentar la eficacia del tratamiento del cáncer al reducir los efectos secundarios.
Además de la administración de fármacos, los investigadores están explorando el desarrollo de nuevos materiales que puedan cambiar sus propiedades en respuesta a estímulos ambientales. Por ejemplo, estos materiales pueden diseñarse para responder a cargas elevadas o para cambiar sus propiedades estructurales en función de cambios en la temperatura o los niveles de acidez (pH). Estos materiales reactivos tienen el potencial de transformar las industrias médica, informática y electrónica.
El Dr. Wickham afirmó: “Este trabajo nos permite imaginar un mundo en el que los nanobots puedan realizar una amplia gama de tareas, desde tratar el cuerpo humano hasta construir dispositivos electrónicos futuristas”.
El equipo de investigación también está investigando métodos energéticamente eficientes para el procesamiento de señales ópticas, lo que podría conducir a una mejor tecnología de verificación de imágenes. Al explotar las propiedades únicas del origami de ADN, estos sistemas podrían mejorar la velocidad y precisión del procesamiento de señales ópticas, allanando el camino para técnicas avanzadas en diagnóstico médico o seguridad.
El Dr. Luu, investigador postdoctoral en la Facultad de Química, afirmó: “Nuestro trabajo demuestra el increíble potencial del origami de ADN para crear nanoestructuras versátiles y programables. La capacidad de diseñar y ensamblar estos elementos abre nuevas vías de innovación en nanotecnología”.
El Dr. Wickham dijo: “Esta investigación no sólo destaca el poder de las nanoestructuras de ADN, sino que también enfatiza la importancia de la colaboración interdisciplinaria en el avance de la ciencia. Estamos entusiasmados de ver cómo nuestros hallazgos se pueden aplicar a los desafíos del mundo real en salud, ciencia de materiales y energía. “.
A medida que los investigadores continúan perfeccionando estas tecnologías, la posibilidad de crear nanomáquinas adaptativas que puedan operar en entornos complejos como el cuerpo humano se vuelve cada vez más factible.