É um tropo familiar na ficção científica:em território inimigo, ative seu dispositivo de camuflagem. E os vírus do mundo real usam táticas semelhantes para se tornarem invisíveis para o sistema imunológico. Agora, cientistas do Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia de Harvard imitaram essas táticas virais para construir os primeiros nanodispositivos de DNA que sobrevivem às defesas imunológicas do corpo.

Os resultados abrem caminho para nanorrobôs de DNA inteligentes que podem usar a lógica para diagnosticar o câncer mais cedo e com mais precisão do que os médicos fazem hoje; direcionar drogas para tumores, ou mesmo fabricar medicamentos no local para incapacitar o câncer, os pesquisadores relatam na edição online de 22 de abril da ACS Nano .

"Estamos imitando a funcionalidade do vírus para, eventualmente, construir terapêuticas que visam especificamente as células, "disse o membro do corpo docente do Wyss Institute, William Shih, Ph.D., o autor sênior do artigo. Shih também é Professor Associado de Química Biológica e Farmacologia Molecular na Harvard Medical School e Professor Associado de Biologia do Câncer no Dana-Farber Cancer Institute.

A mesma estratégia de camuflagem também poderia ser usada para fazer recipientes microscópicos artificiais chamados protocélulas que poderiam atuar como biossensores para detectar patógenos em alimentos ou produtos químicos tóxicos na água potável.

O DNA é bem conhecido por transportar informações genéticas, mas Shih e outros bioengenheiros estão usando-o como material de construção. Para fazer isso, eles usam origami de DNA - um método que Shih ajudou a estender de 2D para 3D. Neste método, cientistas pegam uma longa fita de DNA e a programam para se dobrar em formas específicas, tanto quanto uma única folha de papel é dobrada para criar várias formas na arte tradicional japonesa.

A equipe de Shih monta essas formas para construir dispositivos em nanoescala de DNA que podem um dia ser tão complexos quanto a maquinaria molecular encontrada nas células. Por exemplo, eles estão desenvolvendo métodos para construir DNA em pequenos robôs que sentem seu ambiente, calcule como responder, em seguida, execute uma tarefa útil, como realizar uma reação química ou gerar força mecânica ou movimento.

Esses nanorrobôs de DNA podem soar como ficção científica, mas eles já existem. Em 2012, pesquisadores do Wyss Institute relataram na revista Science que construíram um nanorrobô que usa lógica para detectar uma célula-alvo, em seguida, revela um anticorpo que ativa uma "chave suicida" em células de leucemia ou linfoma.

Para um nanodispositivo de DNA diagnosticar ou tratar doenças com sucesso, ele deve sobreviver às defesas do corpo o suficiente para fazer seu trabalho. Mas em seu estudo atual, a equipe de Shih descobriu que nanodispositivos de DNA injetados na corrente sanguínea de camundongos são digeridos rapidamente.

"Isso nos levou a perguntar, 'Como poderíamos proteger nossas partículas de serem mastigadas?' ", Disse Shih.

A natureza inspirou a solução. Os cientistas projetaram seus nanodispositivos para imitar um tipo de vírus que protege seu genoma, encerrando-o em uma caixa de proteína sólida, em seguida, mergulhando em um revestimento oleoso idêntico ao das membranas que circundam as células vivas. Esse revestimento, ou envelope, contém uma camada dupla (bicamada) de fosfolipídios que ajuda os vírus a escapar do sistema imunológico e os leva para o interior da célula.

"Suspeitamos que um envelope semelhante a um vírus em torno de nossas partículas poderia resolver nosso problema, "Shih disse.

Para revestir nanodispositivos de DNA com fosfolipídios, Steve Perrault, Ph.D., bolsista do Wyss Institute Technology Development no grupo de Shih e principal autor do artigo, primeiro DNA dobrado em um octaedro do tamanho de um vírus. Então, ele aproveitou os recursos de design de precisão da nanotecnologia de DNA, construir em alças para pendurar lipídios, que por sua vez direcionou a montagem de uma única membrana de bicamada em torno do octaedro.

Sob um microscópio eletrônico, os nanodispositivos revestidos se assemelhavam muito a um vírus com envelope.

Perrault então demonstrou que os novos nanodispositivos sobreviveram no corpo, carregando-os com corante fluorescente, injetando-os em camundongos, e usando imagens de corpo inteiro para ver quais partes do mouse brilhavam.

Apenas a bexiga brilhava em camundongos que receberam nanodispositivos não revestidos, o que significava que os animais os destruíam rapidamente e estavam prontos para excretar seu conteúdo. Mas todo o corpo dos animais brilhava por horas quando eles receberam o novo, nanodispositivos revestidos. Isso mostrou que os nanodispositivos permaneceram na corrente sanguínea enquanto as drogas eficazes o fizessem.

Os dispositivos revestidos também evitam o sistema imunológico. Os níveis de duas moléculas de ativação imunológica foram pelo menos 100 vezes menores em camundongos tratados com nanodispositivos revestidos em oposição a nanodispositivos não revestidos.

No futuro, Os nanorrobôs encobertos podem ativar o sistema imunológico para combater o câncer ou suprimir o sistema imunológico para ajudar o tecido transplantado a se estabelecer.

"Ativar a resposta imune pode ser útil clinicamente ou algo a ser evitado, "Perrault disse." O ponto principal é que podemos controlá-lo.

"Pacientes com câncer e outras doenças se beneficiariam enormemente com ferramentas em escala molecular para diagnosticar e tratar tecidos doentes simultaneamente, e fazer as nanopartículas de DNA durarem no corpo é um grande passo nessa direção, "disse o Diretor Fundador do Wyss Institute, Don Ingber, M.D., Ph.D.