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Tecnología

Robots de ADN diseñados en minutos


El software ayuda a los investigadores a diseñar formas de tomar pequeñas hebras de ADN y combinarlas en estructuras complejas con partes como rotores y bisagras que pueden moverse y completar una variedad de tareas, incluida la administración de medicamentos.

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Una nueva herramienta que puede diseñar robots y nanodispositivos de ADN mucho más complejos que nunca antes en una fracción del tiempo ha sido presentada por la Universidad Estatal de Ohio.

Algún día, pequeños robots basados en ADN y otros nanodispositivos entregarán medicamentos dentro de nuestros cuerpos, detectarán la presencia de patógenos mortales y ayudarán a fabricar productos electrónicos cada vez más pequeños.

En un artículo publicado en la revista Nature Materials, investigadores dirigidos por el ex estudiante de doctorado en ingeniería en Ohio State Chao-Min Huang, revelan un nuevo software al que llaman MagicDNA.

El software ayuda a los investigadores a diseñar formas de tomar pequeñas hebras de ADN y combinarlas en estructuras complejas con partes como rotores y bisagras que pueden moverse y completar una variedad de tareas, incluida la administración de medicamentos.

Los investigadores han estado haciendo esto durante varios años con herramientas más lentas con tediosos pasos manuales, dijo Carlos Castro, coautor del estudio y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial.

“Pero ahora, los nanodispositivos que antes nos habían tomado varios días para diseñar, ahora nos toman solo unos minutos”, dijo Castro en un comunicado.

Y ahora los investigadores pueden crear nanodispositivos mucho más complejos y útiles. “Anteriormente, podíamos construir dispositivos con hasta seis componentes individuales y conectarlos con juntas y bisagras y tratar de hacerlos ejecutar movimientos complejos”, dijo el coautor del estudio Hai-Jun Su, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en Ohio State.

“Con este software, no es difícil crear robots u otros dispositivos con más de 20 componentes que sean mucho más fáciles de controlar. Es un gran paso en nuestra capacidad para diseñar nanodispositivos que puedan realizar las acciones complejas que queremos que realicen”.

El software tiene una variedad de ventajas que ayudarán a los científicos a diseñar nanodispositivos mejores y más útiles y, esperan los investigadores, a acortar el tiempo antes de que se utilicen a diario.

Una ventaja es que permite a los investigadores realizar todo el diseño verdaderamente en 3-D. Las herramientas de diseño anteriores solo permitían la creación en 2-D, lo que obligaba a los investigadores a mapear sus creaciones en 3-D. Eso significaba que los diseñadores no podían hacer que sus dispositivos fueran demasiado complejos.

El software también permite a los diseñadores construir estructuras de ADN “de abajo hacia arriba” o “de arriba hacia abajo”.

En el diseño “de abajo hacia arriba”, los investigadores toman hebras individuales de ADN y deciden cómo organizarlas en la estructura que desean, lo que permite un control preciso sobre la estructura y las propiedades del dispositivo local.

Pero también pueden adoptar un enfoque “de arriba hacia abajo” en el que deciden cómo se debe dar forma geométrica a su dispositivo general y luego automatizan cómo se unen las hebras de ADN.

La combinación de los dos permite aumentar la complejidad de la geometría general mientras se mantiene un control preciso sobre las propiedades de los componentes individuales, dijo Castro.

Otro elemento clave del software es que permite simulaciones de cómo los dispositivos de ADN diseñados se moverían y operarían en el mundo real.

“A medida que se hacen más complejas estas estructuras, es difícil predecir exactamente cómo se verán y cómo se comportarán”, dijo Castro. “Es fundamental poder simular cómo funcionarán realmente nuestros dispositivos. De lo contrario, perdemos mucho tiempo”.

Como demostración de la capacidad del software, la coautora Anjelica Kucinic, estudiante de doctorado en ingeniería química y biomolecular en Ohio State, dirigió a los investigadores en la creación y caracterización de muchas nanoestructuras diseñadas por el software.

Algunos de los dispositivos que crearon incluían brazos robóticos con garras que pueden recoger objetos más pequeños y una estructura del tamaño de cien nanómetros que parece un avión (el “avión” –arriba en la imagen– es 1 mil veces más pequeño que el ancho de un cabello humano).

La capacidad de fabricar nanodispositivos más complejos significa que pueden hacer cosas más útiles e incluso realizar múltiples tareas con un solo dispositivo, dijo Castro.

Por ejemplo, una cosa es tener un robot de ADN que, después de la inyección en el torrente sanguíneo, pueda detectar un determinado patógeno. “Pero un dispositivo más complejo puede no solo detectar que está sucediendo algo malo, sino que también puede reaccionar liberando un medicamento o capturando el patógeno”, dijo.

“Queremos poder diseñar robots que respondan de una manera particular a un estímulo o se muevan de una manera determinada”.

Castro dijo que espera que durante los próximos años, el software MagicDNA se utilice en universidades y otros laboratorios de investigación. Pero su uso podría expandirse en el futuro.

“Cada vez hay más interés comercial en la nanotecnología del ADN”, dijo. “Creo que en los próximos cinco a 10 años comenzaremos a ver aplicaciones comerciales de nanodispositivos de ADN y somos optimistas de que este software puede ayudar a impulsar eso”.

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