Crean tuberías 2 millones de veces más pequeñas que una hormiga para administrar fármacos a las células

Investigadores de la Universidad Johns Hopkins, en Estados Unidos, han diseñado tuberías microscópicas de una millonésima parte de la anchura de un cabello humano que podría constituir una forma de garantizar la seguridad de estas minúsculas tuberías frente a las más pequeñas fugas, según publican en la revista Science Advances.

Las tuberías sin fugas, fabricadas con nanotubos que se autoensamblan, se reparan por sí mismos y pueden conectarse a diferentes bioestructuras, son un paso importante hacia la creación de una red de nanotubos que algún día podría suministrar fármacos, proteínas y moléculas especializadas a células específicas del cuerpo humano.

«Este estudio sugiere claramente que es posible construir nanotubos que no tengan fugas utilizando estas sencillas técnicas de autoensamblaje, en las que mezclamos moléculas en una solución y dejamos que formen la estructura que deseamos -indica Rebecca Schulman, profesora asociada de ingeniería química y biomolecular que codirigió la investigación-. En nuestro caso, también podemos unir estos tubos a diferentes extremos para formar algo parecido a una tubería».

El equipo trabajó con tubos de unos siete nanómetros de diámetro -unos dos millones de veces más pequeños que una hormiga- y de varias micras de longitud, es decir, aproximadamente la longitud de una partícula de polvo.

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

En estudios anteriores se diseñaron estructuras similares para hacer estructuras más cortas llamadas nanoporos. Esos diseños se centran en la capacidad de los nanoporos de ADN para controlar el transporte de moléculas a través de membranas lipídicas cultivadas en laboratorio que imitan la membrana de una célula.

Pero si los nanotubos son como tuberías, los nanoporos son como accesorios de tubería cortos que por sí solos no pueden llegar a otros tubos, tanques o equipos. El equipo de Schulman está especializado en nanotecnología bioinspirada para resolver este tipo de problemas.

«Construir un tubo largo a partir de un poro podría permitir a las moléculas no sólo cruzar el poro de una membrana que las retuviera dentro de una cámara o célula, sino también dirigir hacia dónde van esas moléculas después de salir de la célula -explica Schulman-. Pudimos construir tubos que se extienden a partir de poros mucho más largos que los que se habían construido antes y que podrían acercar el transporte de moléculas a lo largo de «autopistas» de nanotubos a la realidad».

Los nanotubos se forman utilizando hebras de ADN que se entretejen entre diferentes hélices dobles. Sus estructuras tienen pequeños huecos como trampas de dedos chinos. Debido a sus reducidísimas dimensiones, los científicos no habían podido comprobar si los tubos podían transportar moléculas durante distancias más largas sin sufrir fugas o si las moléculas podían deslizarse por los huecos de sus paredes.

Yi Li, 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 filtra agua. Yi tapó los extremos de los tubos con unos «tapones» especiales de ADN y los hizo pasar por una solución de moléculas fluorescentes para seguir las fugas y las tasas de afluencia.

Midiendo con precisión la forma de los tubos, el modo en que sus biomoléculas se conectaban a nanoporos específicos y la rapidez con la que fluía la solución fluorescente, el equipo demostró cómo los tubos movían las moléculas hacia diminutos sacos cultivados en laboratorio que se asemejan a la membrana de una célula. Las moléculas brillantes se deslizaban como el agua por un conducto.

«Ahora podemos llamar a esto más bien un sistema de fontanería, porque estamos dirigiendo el flujo de ciertos materiales o moléculas a través de distancias mucho más largas utilizando estos canales -subraya Li-. Somos capaces de 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 utilizarlos para estudiar enfermedades como el cáncer y las funciones de los más de 200 tipos de células del organismo.

El equipo va a realizar ahora estudios adicionales con células sintéticas y reales, así como con distintos tipos de moléculas.