p Desde a tensão das fibras musculares em contração até os estresses hidrodinâmicos no fluxo sanguíneo, as moléculas dentro de nossos corpos estão sujeitas a uma ampla variedade de forças mecânicas que influenciam diretamente sua forma e função. Ao analisar as respostas de moléculas individuais sob condições em que experimentam tais forças, podemos desenvolver uma melhor compreensão de muitos processos biológicos, e potencialmente, desenvolver drogas de ação mais precisa. Mas até agora a análise experimental das interações de uma única molécula sob força eram caras, tedioso e difícil de executar porque requer o uso de equipamentos sofisticados, como um microscópio de força atômica ou pinças ópticas, que só permitem a análise de uma molécula de cada vez. p Agora, uma equipe de pesquisa liderada por Wesley Wong no Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia de Harvard e no Hospital Infantil de Boston fez um grande avanço ao desenvolver um método barato que permite a análise das respostas de força de milhares de moléculas semelhantes simultaneamente. Eles relatam em Nature Communications como nanointerruptores de DNA programáveis ​​podem ser usados ​​em combinação com um Microscópio de Força Centrífuga (CFM) miniaturizado recém-projetado como uma ferramenta altamente confiável para observar milhares de moléculas individuais e suas respostas às forças mecânicas em paralelo.

p "Esta nova abordagem combinada permitirá que nós e outros examinemos como os complexos de uma única molécula se comportam quando são lançados fora de seu equilíbrio pela força sintonizável gerada em nosso CFM recém-projetado. Baseando este instrumento em algo que a maioria dos pesquisadores já tem e usa - a centrífuga de bancada - esperamos fazer medições de força de uma única molécula acessíveis a quase todos, "disse Wong, Ph.D., que é membro do corpo docente associado do Wyss Institute e autor sênior do estudo. Ele também é professor assistente na Harvard Medical School nos Departamentos de Química Biológica e Farmacologia Molecular e Pediatria, e Investigadora do Programa de Medicina Celular e Molecular do Boston Children's Hospital.

p Esforços anteriores liderados por Wong no Rowland Institute em Harvard introduziram o primeiro CFM em 2010, que era um instrumento altamente especializado que realizava medições de força de precisão de alto rendimento em moléculas individuais, amarrando-as a grânulos e puxando-as usando força centrífuga. Em sua última iteração CFM, Wong e sua equipe desenvolveram uma maneira de realizar a mesma técnica com precisão semelhante usando um pequeno microscópio barato feito de elementos fáceis de montar e peças impressas em 3D que podem ser inseridas no balde oscilante de uma centrífuga de bancada padrão encontrada em praticamente todos laboratórios de pesquisa biomédica.

p Além disso, a equipe aumentou a robustez e a precisão do ensaio integrando milhares dos chamados nanointerruptores de DNA, fitas lineares de DNA com pares de moléculas interagentes que estão associadas a duas sequências em seu meio e que, além do que, além do mais, ligando-se uns aos outros, criam um loop interno de DNA; as pontas dos nanointerruptores são amarradas à superfície da amostra de um lado e a contas do outro.

p "Ao aplicar uma gama definida de forças centrífugas às contas, podemos provocar a ruptura dos complexos moleculares gerando as estruturas de DNA em loop que serão registradas pela lente acoplada à câmera. usar nanointerruptores de DNA como um andaime estável nos permite repetir esse processo várias vezes com a mesma molécula em condições de temperatura controlada, o que aumenta muito nossa precisão na determinação da heterogeneidade que uma única interação molecular pode exibir, "disse Darren Yang, o primeiro autor do estudo e um estudante de graduação na equipe de Wong.

p Em pesquisas futuras, Nanointerruptores de DNA associados a esferas podem ser empregados para montar e romper repetidamente muitos complexos biomoleculares diferentes e para definir as forças mecânicas que os controlam. "Os nanointerruptores de DNA integrados são muito modulares, e pode ser funcionalizado com muitas biomoléculas diferentes essencialmente de forma plug-and-play, para permitir que uma ampla variedade de interações moleculares sejam estudadas com alto rendimento e confiabilidade, "acrescentou Wong.

p Próximo, os cientistas da Wyss estão planejando aplicar seu CFM em miniatura aprimorado por nanomutador de DNA à investigação de interações moleculares biomedicamente relevantes e dependentes de força, como as interações de proteínas que regem a coagulação do sangue ou a audição.

p "A equipe de Wong criou uma nova plataforma de tecnologia que reduz muito o custo da análise de força de uma única molécula e a torna amplamente acessível para a comunidade científica. Além de aumentar nossa compreensão das relações estrutura-função molecular básica, pode ser uma ferramenta valiosa para o desenvolvimento de medicamentos, "disse o Diretor Fundador do Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., Ph.D., que também é o professor Judah Folkman de Biologia Vascular na Harvard Medical School e do programa de Biologia Vascular no Hospital Infantil de Boston, e Professor de Bioengenharia do SEAS.