Nueva aplicación para la técnica de edición genética CRISPR: crear materiales inteligentes que cambien su forma a la carta

¿Hay algo que CRISPR no pueda hacer? Los científicos han utilizado la herramienta de edición de genes para crear decenas de organismos genéticamente modificados, así como para rastrear el desarrollo animal, detectar enfermedades y controlar plagas.

Ahora, han encontrado otra aplicación: usar CRISPR para crear materiales inteligentes que cambien su forma a pedido.

Los materiales que cambian de forma podrían usarse para administrar medicamentos y crear centinelas para casi cualquier señal biológica, informan los investigadores.

El estudio fue dirigido por James Collins, un bioingeniero del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge.

El equipo de Collins trabajó con polímeros llenos de agua que se mantienen unidos por cadenas de ADN, conocidas como hidrogeles de ADN.

Para alterar las propiedades de estos materiales, Collins y su equipo recurrieron a una forma de CRISPR que utiliza una enzima que corta el ADN llamada Cas12a.

(El editor de genes CRISPR-Cas9 usa la enzima Cas9 para cortar una secuencia de ADN en el punto deseado).

La enzima Cas12a puede programarse para reconocer una secuencia de ADN específica.

La enzima corta su cadena de ADN objetivo, luego corta cadenas individuales de ADN cercanas.

Esta propiedad permitió a los investigadores construir una serie de hidrogeles controlados por CRISPR que contenían una secuencia de ADN objetivo y cadenas individuales de ADN, que se rompen después de que Cas12a reconoce la secuencia objetivo en un estímulo.

La ruptura de las cadenas de ADN individuales provoca que los hidrogeles cambien de forma o, en algunos casos, se disuelvan por completo, liberando una carga útil.

El equipo creó hidrogeles programados para liberar enzimas, moléculas pequeñas e incluso células humanas, que podrían ser parte de una terapia, en respuesta a estímulos.

Collins espera que los geles puedan usarse para hacer terapias inteligentes que liberen, por ejemplo, medicamentos contra el cáncer en presencia de un tumor o antibióticos alrededor de una infección.

Los investigadores también integraron hidrogeles controlados por CRISPR en circuitos electrónicos.

En un enfoque, colocaron hidrogeles dentro de un pequeño dispositivo similar a un chip llamado cámara microfluídica que estaba conectada a un circuito electrónico.

El circuito se apagó en respuesta a la detección de material genético de patógenos, incluido el virus del Ébola y el Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA).

El equipo incluso utilizó los hidrogeles para desarrollar una herramienta de diagnóstico prototipo que envía una señal inalámbrica cuando reconoce material genético del Ébola en muestras de laboratorio.

Cuando un miembro del equipo llevaba un detector inalámbrico, pudieron identificar muestras positivas cerca.

Dan Luo, un bioingeniero de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York, dice que los hidrogeles CRISPR son una mejora en otros hidrogeles sensibles porque los científicos pueden determinar fácilmente qué desencadena un cambio en el material.

Los esfuerzos anteriores para crear hidrogeles inteligentes utilizaron enzimas que no cortaron secuencias específicas de ADN o cortaron solo un pequeño número de secuencias específicas, lo que limita su adaptabilidad.

“Estamos en la era CRISPR en este momento”, dice Collins.

“Se ha hecho cargo de la biología y la biotecnología. Hemos demostrado que puede introducirse en materiales y biomateriales “.

Fuente: Nature