Aunque otros grupos de investigadores ya han experimentado con el uso de este tipo de papiroflexia de ADN para construir objetos tridimensionales, la nueva caja, que viene descrita en la edición de esta semana de Nature, se distingue de las demás gracias a sus laterales sólidos y partes móviles.“Es una estructura molecular bastante hermosa,” afirma John Reif, un distinguido profesor de ciencias informáticas en Duke University, y que no estuvo involucrado en el proyecto de investigación. “Es la primera vez que una nanoestructura de este tipo tiene una tapa controlable y programable.”Por ahora, esta caja sirve para probar el principio de que la papiroflexia de ADN se puede adaptar para elaborar estructuras tridimensionales, afirma Jørgen Kjems, biólogo molecular en el Centro Universitario Aarhus para Nanotecnología de ADN, y que dirigió la investigación. Sin embargo, en el futuro cree que este contenedor de escala nanométrica se podría adaptar para un amplio rango de aplicaciones, desde su uso como vehículo distribuidor de fármacos en el cuerpo hasta su utilización como puerta lógica.El ADN es un material de construcción ideal para las nanoestructuras. Es muy fácil de producir en grandes cantidades: Kjmes y su equipo acabaron secuestrando un virus para manufacturar copias de la secuencia que diseñaron. Y se dobla de forma sencilla y predecible, siempre de acuerdo a su secuencia. Para diseñar la caja, el equipo de Aarhus desarrolló un programa informático para generar una única tira de secuencia de ADN que, junto a fragmentos de ADN más pequeños que actuaban como grapas, se auto-ensamblaría para así acabar teniendo la forma deseada.La secuencia fue concebida con muchas regiones complementarias para que pudiera doblarse automáticamente en seis hojas cuadradas tipo acordeón—los laterales de la caja—y en base a la tendencia natural del ADN para emparejarse en tiras dobles. Las grapas de ADN, empujadas también por el par de secuencias complementarias, hicieron que los bordes de las hojas se uniesen para así formar un cubo vacío con una tapa articulada. Para hacer que la tapa de pudiera cerrar, Kjems y sus colegas desarrollaron dos pequeños pestillos de ADN cuyos bordes resultaban pegajosos. Bajo circunstancias normales, los pestillos se adhieren a la caja, haciendo que esté cerrada. Pero al añadir las dos llaves de ADN correspondiente, los pestillos se adhieren a ellas, con lo que provocan que la tapa se abra. Un par de moléculas de tinte, una de ellas unida al borde de la caja y la otra a la tapa, brillan de color rojo cuando se acercan la una a la otra, y de color verde cuando se alejan, lo que hace que sea fácil deducir si la caja está abierta o cerrada.
Con estructuras tridimensionales como esta, el verdadero reto no consiste en diseñar el objeto sino probar que se formó con éxito, afirma Paul Rothemud, científico informático en el Instituto de Tecnología de Califo ia, que desarrolló una técnica simple para elaborar estructuras de ADN. Los investigadores utilizaron diversos métodos de imagen para asegurarse de que las cajas se auto-ensamblaban como estaba previsto. “Hicieron un trabajo muy convincente a la hora de demostrar que habían construido lo que creían que habían construido, lo cual es muy importante,” afirma Rothemud. “Y ahora son libres de seguir probando y elaborándolo para que finalmente acabe teniendo una utilidad real.”
Kjems tiene varias ideas para las cajas. Una posibilidad es cargarlas con fármacos y programas las tapas para que se abran en respuesta a algún tipo de señal biológica dentro del cuerpo—la presencia de un virus o del gen de un cáncer, por ejemplo—y por tanto soltarían su carga terapéutica.
“Hay una forma por la que resultan más interesante que casi cualquier otro tipo de esquema de encapsulación a escala nanométrica imaginable para un propósito de este tipo, y esto es gracias a estas tapas y su capacidad para ser programadas de infinitos modos,” afirma Rothemud. “Esto es algo que no es capaz de hacer ninguna otra cápsula de distribución de nano-fármacos.”
Sin embargo, aún queda mucho camino por recorrer hasta poder llegar a esos usos terapéuticos de la caja. Aunque en teoría son lo suficientemente sólidas para poder encerrar dentro de si a un ribosoma o a un virus pequeño, los investigadores aún no han probado a meter nada dentro de ellas. Y hasta ahora, las cajas sólo funcionan dentro de un tubo de ensayo. A diferencia de otros vehículos de nano-distribución, no hay evidencia aún acerca de la seguridad o eficacia que estos dispositivos basados en ADN puedan tener dentro de un sistema viviente.
No obstante, estas cajas con cerrojo no necesitan acarrear una carga explosiva para que sean útiles. Kjems también quiere poder utilizarlas como componenetes electrónicos. Puesto que poseen dos llaves muy diferenciadas, las cajas actúan como puertas de ADN, abriéndose (brillo verde) sólo cuando ambas llaves están presentes. Con una serie de cambios sencillos, también podrían servir como puertas de tipo NOT o de tipo OR. “En principio,” afirma Kjems, “podríamos contruir un ordenador de ADN mediante el uso de estas cajas.”