Crean tuberías dos millones de veces más pequeñas que una hormiga

Investigadores de la Universidad Johns Hopkins (Maryland) han creado tuberías microscópicas del tamaño de una millonésima parte del ancho de un cabello humano.

Y no solo son pequeñas, sino muy confiables y a salvo de fugas.

En concreto, están construidas con nanotubos que se ensamblan y reparan por sí mismos y pueden conectarse a diferentes bioestructuras.

Pero, ¿qué aplicaciones tienen estas ‘minicañerías’ en las que no cabe ni una hormiga?

Sus creadores señalan que son un paso significativo hacia la creación de una red de nanotubos que algún día podría llevar medicamentos, proteínas y moléculas especializadas a células específicas en el cuerpo humano.

«Este estudio sugiere 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», explica Rebecca Schulman, profesora asociada de ingeniería química y biomolecular que codirigió la investigación.

«En nuestro caso, también podemos unir estos tubos a diferentes puntos finales para formar algo así como una tubería».

El equipo trabajó con tubos de aproximadamente siete nanómetros de diámetro, unas dos millones de veces más pequeños que una hormiga, y varias micras de largo, o aproximadamente la longitud de una partícula de polvo.

El método se basa en una técnica establecida que reutiliza piezas de ADN como bloques de construcción para hacer crecer y reparar los tubos mientras les permite buscar y conectarse a estructuras específicas.

Estudios previos han diseñado estructuras similares para construir nanoporos: pequeños agujeros del orden de un nanómetro en su diámetro interno que son creados por proteínas que perforan membranas (nanoporos biológicos) o se hacen sobre materiales sólidos tales como silicona y grafeno.

Estos nanoporos de ADN pueden controlar el transporte de moléculas a través de membranas lipídicas cultivadas en laboratorio que imitan la membrana de una célula.

Pero los nanotubos son estructuras más cortas que por sí solas no pueden crear una red ni conectarse con otras partes.

«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», afirma Schulman.

«Pudimos construir tubos que se extendían desde los poros mucho más largos que los que se habían construido antes, lo que podría acercar el transporte de moléculas a lo largo de las ‘autopistas’ de nanotubos a la realidad».

Los nanotubos se forman utilizando hebras de ADN que se tejen entre diferentes dobles hélices.

Sus estructuras tienen pequeños huecos, como trampas chinas de dedo.

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.

Yi Li, un graduado de doctorado del departamento de ingeniería química y biomolecular de Johns Hopkins que codirigió el estudio, realizó el nanoequivalente de tapar el extremo de una tubería y abrir un grifo para asegurarse de que no se filtre agua.

Yi tapó 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 lo rápido que fluía la solución fluorescente, el equipo demostró cómo los tubos movían las moléculas en pequeños sacos cultivados en laboratorio que se asemejaban a la membrana de una célula.

Las moléculas brillantes se deslizaron como agua por un conducto.

«Esto se parece más a un sistema de fontanería, porque estamos dirigiendo el flujo de ciertos materiales o moléculas a través de distancias mucho más largas usando estos canales, afirma Li.

Podemos controlar cuándo detener este flujo utilizando otra estructura de ADN que se une muy específicamente a esos canales para detener este transporte, funcionando como una válvula o un tapón».

Los nanotubos de ADN podrían ayudar a los científicos a comprender mejor cómo interactúan las neuronas entre sí.

Los investigadores también podrían usarlos para estudiar enfermedades como el cáncer y las funciones de los más de 200 tipos de células del cuerpo.

El siguiente paso será realizar estudios adicionales con células sintéticas y reales, así como con diferentes tipos de moléculas.

Fuente: JHU