O DNA tem sido usado como um 'bloco de construção molecular' para construir poros bioinspirados sintéticos que irão melhorar a forma como os medicamentos são administrados e ajudar a avançar no campo da biologia sintética, de acordo com cientistas da UCL e Nanion Technologies.

O estudo, publicado hoje em Nature Nanotechnology e financiado pelo Conselho de Pesquisa em Biotecnologia e Ciências Biológicas (BBSRC), Leverhulme Trust e UCL Chemistry, mostra como o DNA pode ser usado para construir poros estáveis ​​e previsíveis que têm uma forma e carga definidas para controlar quais moléculas podem passar pelo poro e quando.

Autor principal, Dr. Stefan Howorka (UCL Química), disse:"Os poros biológicos naturais feitos de proteínas são essenciais para o transporte de carga para dentro e para fora das células biológicas, mas são difíceis de projetar do zero. O DNA oferece uma estratégia totalmente nova para a construção de poros sintéticos altamente específicos que podemos abrir e fechar sob demanda. Projetamos nossos poros para agirem como portas - a porta destrava apenas quando fornecida com a chave certa. Construindo esses poros em portadores de drogas, pensamos que permitirá um direcionamento muito mais preciso da terapêutica. "

Muitas terapias, incluindo drogas anticâncer, podem ser transportadas pelo corpo em minúsculos portadores chamados vesículas, que são direcionados a diferentes tecidos usando marcadores biológicos. Anteriormente, a liberação das drogas de dentro das vesículas foi desencadeada com paredes de vesículas com vazamento induzidas pela temperatura ou com canais de peptídeos inseridos, que são menos rígidos e previsíveis do que o DNA.

Usando blocos de construção de DNA, a equipe projetou poros com estruturas pré-determinadas e propriedades definidas que eram precisamente ancoradas nas paredes - ou membranas - das vesículas.

"Nossos poros assumem a forma de um barril aberto feito de seis pautas de DNA. Projetamos um portão molecular para fechar uma entrada, mas reabrir o canal quando uma molécula específica se liga. Âncoras com alta afinidade de membrana foram anexadas para amarrar a água - poros solúveis na membrana oleosa, "explicou o primeiro autor, Dr. Jonathan Burns (UCL Chemistry).

Usando técnicas de eletrofisiologia, os pesquisadores verificaram que o poro se estendia verticalmente pela superfície da membrana e era estável com uma largura interna de 2 nm, que é um tamanho apropriado para que pequenas moléculas de drogas se encaixem.

O mecanismo de bloqueio e liberação do portão foi então testado com técnicas de eletrofisiologia, bem como com fluoróforos, que são de tamanho equivalente a moléculas pequenas. Como o poro do DNA tinha uma carga negativa líquida, fluoróforos com uma carga líquida negativa se moviam com mais facilidade do que aqueles com uma carga líquida positiva, mostrando seletividade para a qual a carga poderia sair. Remover a fechadura com uma chave correspondente aumentou o tráfego 140 vezes em comparação com uma chave incompatível.

A co-autora Astrid Seifert, que trabalha com o Dr. Niels Fertig na Nanion Technologies, disse:"Pudemos analisar com precisão o desempenho de cada um dos poros que criamos. Primeiro inserimos os poros nas membranas e depois testamos a resposta biofísica de cada canal usando microchips avançados. Não apenas desenvolvemos uma nova maneira de projetar altamente poros específicos, mas também um método automatizado para testar suas propriedades in situ, o que será importante para testar os poros que serão usados ​​para a administração de medicamentos direcionados no futuro. "

Os pesquisadores planejam testar os poros sintéticos em uma variedade de cenários, incluindo a liberação de drogas anticâncer para as células e o desenvolvimento de poros que liberam biomoléculas farmaceuticamente ativas.

Dr. Howorka adicionou, "Nossa abordagem é um grande passo à frente na construção e no uso de estruturas biológicas sintéticas e promete uma nova era no design de poros e na biologia sintética. Demonstramos um controle preciso sobre o comportamento dos poros, tanto em termos de seletividade quanto em termos de capacidade de resposta, acreditamos que o método abre caminho para uma ampla gama de aplicações, desde a entrega de drogas até a nanossensibilidade. "