SCIENCE

Crean nanobots de ADN capaces de caminar y repartir moléculas

El material genético se mueve y coloca partículas en el lugar indicado por los investigadores. Esta tecnología será útil más adelante para fabricar medicamentos o liberar fármacos dentro del cuerpo

Representación de un robot de ADN ensamblado a una molécula
Representación de un robot de ADN ensamblado a una molécula - Ella Maru Studi

Imagine un mundo donde se pueden inyectar nanomáquinas en el torrente sanguíneo. Y que, dentro del cuerpo, estas son capaces de fabricar medicamentos cuando es necesario, pueden atacar a los tumores o liberar hormonas cuando se les da una señal. Parece una tecnología de ciencia ficción, pero desde hace dos décadas los científicos trabajan en sus cimientos. Muchos de ellos tratan de lograr cosas así de fantásticas aprovechando las interesantes propiedades del ADN, el material genético de las células. Ahora mismo, los científicos son capaces de fabricar pequeñas moléculas de ADN y moldearlas para hacer pequeñas tareas en los tubos de ensayo del laboratorio, como mover moléculas o facilitar reacciones químicas.

Este jueves, esta tecnología ha dado un gran paso. Científicos del Caltech (Instituto de Tecnología de California), Estados Unidos, han creado un nanorrobot (o nanobot) de ADN capaz de «caminar» por una superficie, coger la carga que «se le indica» y soltarla en otro sitio designado. Y todo sin apenas gastar energía. Este increíble trabajo ha sido realizado en el laboratorio de Lulu Qian y presentado en la revista Science.

«Aunque hemos demostrado que podemos usar estos robots para una tarea específica, este sistema puede usarse para una docena de cargas distintas en cualquier localización», ha dicho en un comunicado Anupama Thubagere, coautora del estudio.

Estos robots de ADN tiene varios bloques que pueden ser modificados para hacer taras específicas. En concreto, cada uno de ellos tiene una «pierna» ensamblada a dos «pies», que entran en contacto con la superficie sobre la que caminan. Además, hay un «brazo» enganchado a una «mano», que es la parte de la molécula que coge la carga y la libera. Los investigadores aseguran que pueden incluso diseñar robots con varias manos y brazos para coger a la vez varias cargas.

Nanobots que caminan

A partir de estos principios, los investigadores han creado un pequeño grupo de robots capaces de explorar una superficie cubierta de cadenas de ADN, coger dos moléculas fluorescentes distintas, una amarilla y otra rosa, y llevarlas a dos zonas diferentes de la superficie. Los esfuerzos de estos pequeños obreros les permitieron desplazar seis moléculas en 24 horas. Y todo a partir de pequeños pasos de seis nanómetros de largo (un nanómetro es un millón de veces menos que un milímetro).

Representación de los robos trabajando en una superficie de origami, en la que hay hebras de ADN enganchadas sobre las que se mueven los robots
Representación de los robos trabajando en una superficie de origami, en la que hay hebras de ADN enganchadas sobre las que se mueven los robots- DEMIN LIU

Naturalmente, esta velocidad no basta para poder usar esta tecnología con fines prácticos. Al igual que los hermanos Wright construyeron un avión tan rudimentario que apenas pudo volar durante unos segundos, de momento estos investigadores solo están trabajando en una tecnología que solo ha comenzado a gatear. «No estamos desarrollando los robots de ADN para ningún fin concreto», ha dicho Lulu Qian. «Nuestro laboratorio se centra en descubrir los principios de esta ingeniería que luego permitirán el desarrollo de robots de ADN de propósito general».

Un «Lego» hecho de ADN

Pero, ¿cómo funcionan estos robots? ¿De qué están hechos? En su interior no hay ningún resorte ni nada parecido. Están hechos de pequeñas hebras de ADN, que tienen una composición idénticas a las de las células humanas, pero diseñadas por los investigadores para hacer taras concretas. Todo esto es posible gracias a las propiedades del material genético. La más relevante es que está construido a partir de secuencias de cuatro letras, que son en realidad moléculas llamadas nucleótidos.

Estos nucleótidos se llaman adenina, citosina, guanina y timina, y están abreviados con las letras A, C, G y T (respectivamente). Gracias a sus propiedades químicas, estas moléculas se unen unas a otra de forma espontánea y específica: la A se une T, la C a la G y viceversa. Pero, por ejemplo, la A nunca se unirá a la C.

Esto tiene muchísima importancia. El orden de los nucleótidos o letras implica que dentro de una larga cadena de ADN algunas partes tenderán a unirse y que por eso la cadena se plegará de una forma determinada. Además, si se acercan dos moléculas distintas de ADN, estas se unirán o no en función de si sus letras encajan o no, fenómeno que se conoce como hibridación.

Gracias a esto, los investigadores han podido diseñar pequeñas cadenas de ADN que se comportan como cremalleras. Y otras que funcionan como manos o pies.

El «ring» de los nanobots

Para que esto funcione, los investigadores han tenido que crear una especie de «ring» de boxeo, un cuadrado de apenas 58 nanómetros de lado, que recuerda mucho a un bastidor para herramientas, donde a poca distancia hay cadenas de ADN inertes que funcionan como asideros para los nanobots, puesto que contienen las secuencias de ADN complementarias de sus pies.

¿Cómo caminan? Los robots de ADN se unen a uno de los asideros y «flotan» libremente, de forma que su cadena se mueve aleatoriamente a causa de fenómenos físicos. Cuando su pie se topa con un asidero vecino, se une a él, y el otro extremo se suelta del anterior asidero. Este movimiento continúa de forma aleatoria, siempre y cuando los asideros encajen con los pies, y el robot comienza a vagar por el ring. En total, pueden hacerle falta un día entero para reconocer toda la zona.

En el camino, los investigadores colocaron «mercancías» que encajaban con las secuencias de ADN de las manos de los robots, y que iluminaron con dos moléculas fluorescentes. Usando las fantásticas propiedades del material genético, consiguieron que solo soltaran las cargas cuando se enganchaban a otra secuencia concreta. Y todo esto se logró con un consumo mínimo de energía química.

Aspecto más realista de la superficie donde los nanobots de ADN se movieron
Aspecto más realista de la superficie donde los nanobots de ADN se movieron- John H. Reif/SCIENCE

Nanobots «médicos»

Lulu Qian, uno de los coatuores del estudio, confía en que esta tecnología pueda tener muchas aplicaciones interesantes en el futuro, dentro de una futura disciplina conocida como nanomedicina. Gracias a esta se podrían usar los nanobots para construir auténticas factorías de compuestos químicos, liberar medicamentos solo cuando hay una señal concreta en el torrente sanguíneo o ayudar a reciclar ciertas moléculas dentro de las células, proceso que tendrá utilidad en varias enfermedades.

Sea como sea, parece que esta tecnología pasará por los pequeños pasos emprendidos por los nanobots. Tal como ha explicado John H. Reif en un artículo que ha acompañado al estudio de Science, en las últimas dos décadas los experimentos con estas pequeñas máquinas de ADN se han multiplicado y se han hecho mucho más sofisticados. Se ha conseguido auto-ensamblar complejas estructuras de ADN, hacer un pequeño ordenador o pequeños circuitos digitales con estas moléculas. En el futuro, quizás sea posible diseñar robots programables con unas aplicaciones totalmente increíbles.

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