p Pesquisadores da Universidade McGill acreditam que encontraram uma maneira de melhorar o desenvolvimento de biomateriais que podem ser instrumentais na entrega de medicamentos, regeneração de tecidos, nano-óptica e nanoeletrônica. p O time, liderado por Hanadi Sleiman, Professor Titular e Cátedra de Pesquisa Tier 1 do Canadá em Nanociência de DNA no Departamento de Química, desenvolveu um método inspirado na maneira como a natureza repara materiais defeituosos para criar formas mais robustas. Eles usaram a radiação de uma câmera de smartphone para "relaxar" estruturas baseadas em DNA e criar materiais semelhantes à vida que podem ser variados sob demanda e usados ​​para diversos fins.

p Que perguntas você se propôs a responder?

p Estávamos interessados ​​em saber se seria possível desenvolver novos procedimentos químicos que pudessem imitar melhor os processos naturais e criar biomateriais semelhantes à vida, com estruturas variadas e maleáveis, que pudessem ser usados ​​na ciência dos materiais e na engenharia de tecidos. A natureza usa a entrada e a transformação constantes de energia para modular a forma e a função de seus sistemas químicos. Em tecidos como o colágeno, essa conversão de energia resulta em fibras com propriedades diferentes, levando a variações em sua elasticidade e robustez. Em contraste, fibras artificiais são feitas usando procedimentos de fabricação estáticos e não oferecem esses comportamentos dinâmicos, dificultando a regulação de suas propriedades.

p Neste estudo, buscamos emparelhar fibras supramoleculares de DNA com uma pequena molécula responsiva à luz para introduzir dinamismo nessas estruturas, de uma forma semelhante à forma como a natureza controla a função dos tecidos biológicos. O DNA é um material de construção atraente para a geração de novas arquiteturas fibrosas devido à sua montagem previsível e propriedades de reconhecimento molecular. Também é inerentemente dinâmico, tornando-o um candidato ideal para produzir materiais biocompatíveis com propriedades ajustáveis.

p O que você achou?

p Quando esses componentes são misturados à temperatura ambiente, eles se reúnem em hélices triplas de DNA que se combinam em fibras de comprimento mícron, que então se interconectam e crescem em grandes, redes emaranhadas. Essas arquiteturas têm defeitos estruturais, limitando sua utilidade em aplicações de ciência de materiais e engenharia de tecidos.

p Para remediar este problema, usamos um sistema fotoquímico para regular a montagem de estruturas baseadas em DNA e desenvolvemos um procedimento em que as fibras são desmontadas após a irradiação de uma câmera de smartphone, em seguida, sequestrando fitas individuais de DNA em uma alta energia, DNA de fita dupla. Quando a luz é desligada, as fitas de DNA são lentamente liberadas de seu depósito de armazenamento de alta energia, e as fibras se remontam.

p Descobrimos que, à medida que esse relaxamento da alta energia ocorria, o produto interligado inicial não foi reformado:em vez disso, fibras individuais agregadas paralelamente umas às outras, gerando "nanocabos" espessos com propriedades mecânicas aprimoradas e maiores estabilidades térmicas.

p Ao empregar nossa abordagem fotoquímica, a via de montagem da polimerização é alterada, impactando a estrutura de fibra local. As fibras formadas usando nossa estratégia têm menos defeitos estruturais do que aquelas cultivadas sem a ativação do ciclo. Nossas fibras individuais mais 'perfeitas' são, portanto, impedidas de se ramificar e, em vez disso, são encorajadas a se agregar ao longo de seu eixo de polimerização, dando origem a cabos robustos e organizados.

p Por que os resultados são importantes?

p Um dos avanços deste trabalho é o desenvolvimento de novos métodos de caracterização (já em colaboração com o laboratório do Prof. Gonzalo Cosa) para entender a montagem no nível de uma única fibra. Embora as técnicas de fluorescência de molécula única tenham sido amplamente utilizadas para estudar sistemas biológicos, este estudo marca a primeira observação direta dos diferentes mecanismos de polimerização supramolecular, e o primeiro ensaio óptico desenvolvido para sondar a heterogeneidade de polímeros supramoleculares.

p Antecipamos que essas novas metodologias serão amplamente aplicáveis ​​ao estudo de materiais naturais e sintéticos e podem fornecer informações importantes sobre como a natureza controla as propriedades de seus tecidos funcionais, permitindo que os cientistas produzam materiais mais dinâmicos e ajustáveis.

p Quando identificamos imperfeições em um material, podemos desmontá-lo e mudar o caminho de sua remontagem para refinar a estrutura. Isso resulta em biomateriais mais resistentes que podem ser usados ​​como andaimes para o crescimento celular, regeneração de tecidos, e organização de nanomateriais.