p Como criar nanocages, ou seja, objetos robustos e estáveis ​​com vazios regulares e propriedades ajustáveis? Segmentos curtos de moléculas de DNA são candidatos perfeitos para o projeto controlável de novas estruturas complexas. Físicos da Universidade de Viena, a Universidade Técnica de Viena, o Jülich Research Center na Alemanha e a Cornell University nos EUA, investigou metodologias para sintetizar dendrímeros baseados em DNA no laboratório e para prever seu comportamento usando simulações de computador detalhadas. Seus resultados são publicados em Nanoescala . p Nanocages são construções moleculares altamente interessantes, do ponto de vista da ciência fundamental e das possíveis aplicações. As cavidades desses objetos de tamanho nanométrico podem ser empregadas como transportadoras de moléculas menores, que é de importância crítica na medicina para a entrega de drogas ou genes em organismos vivos. Essa ideia reuniu pesquisadores de vários campos interdisciplinares que têm investigado os dendrímeros como candidatos promissores para a criação de tais nano-portadores. Sua arquitetura em forma de árvore e crescimento gradual com unidades auto-semelhantes repetidas resulta em dendrímeros contendo cavidades, objetos ocos com design controlável. No entanto, décadas de pesquisa mostraram que um grande número de diferentes tipos de dendrímeros experimentam o retrovisor dos ramos externos com o crescimento das gerações de dendrímeros, dando origem a uma maior densidade de constituintes no interior da molécula. O efeito do retrocesso é potencializado com a adição de sal na solução, em que dendrímeros flexíveis sofrem encolhimento significativo, tornando-se objetos compactos sem espaços vazios em seu interior.

p A equipe de colaboradores era composta por Nataša Adžić e Christos Likos (Universidade de Viena), Clemens Jochum e Gerhard Kahl (TU Wien), Emmanuel Stiakakis (Jülich), bem como Thomas Derrien e Dan Luo (Cornell). Os pesquisadores descobriram uma maneira de criar dendrímeros rígidos o suficiente para evitar o retrocesso dos braços externos, mesmo no caso de gerações com ramificações altas, preservando vazios regulares em seu interior. Além disso, suas novas macromoléculas são caracterizadas por notável resistência ao sal adicionado:eles mostraram que a morfologia e as características conformacionais desses sistemas permanecem inalteradas mesmo após a adição de sal, mesmo em alta concentração. Os nanocages que eles criaram, no laboratório e estudados computacionalmente são dendrímeros baseados em DNA, ou os assim chamados, DNAs semelhantes a dendrímeros (DL-DNA). O bloco de construção de que são compostos é uma unidade de DNA de fita dupla em forma de Y, uma estrutura de três braços que consiste em DNA de fita dupla (ds-DNA), formado através da hibridização de três cadeias de DNA de fita simples (ss-DNA), cada um dos quais tem sequências parcialmente complementares às outras duas. Cada braço é composto por 13 pares de bases e uma extremidade adesiva de fita simples com quatro nucleobases que atuam como uma cola. Embora um único Y-DNA corresponda à primeira geração de dendrímero, a ligação de outros elementos Y-DNA produz DL-DNA de gerações superiores. O dendrímero resultante é uma montagem macromolecular carregada e oca com arquitetura semelhante a uma árvore. Devido à rigidez do dsDNA, os ramos do DL-DNA são rígidos, de modo que toda a molécula fica rígida. Uma vez que o DNA é carregado, a repulsão eletrostática aumenta a rigidez da molécula.

p DL-DNA molecules have been assembled in the laboratory by the Jülich and Cornell partners with remarkable control and sub-nanometer precision through programmable sticky-end cohesions. Their step-wise growth is highly controllable, unidirectional and non-reversible. This property is of high importance, as it has been shown that DNA-based dendrimers have been envisioned to play a promising role in developing nanoscale-barcodes, DNA-based vaccine technologies, as well as a structural probes involving multiplexed molecular sensing processes. Sizes, shapes as well as additional conformational details invisible to the experimentalists, such as the size of voids and the degree of branches back-folding, have been analyzed by computer simulations in Vienna. To describe the complex structure of DNA units, the group used a simple monomer-resolved model with interactions carefully chosen to mimic the equilibrium properties of DNA in physiological solution. The excellent agreement obtained between experiments and simulations for the dendrimer characteristics validates the theoretical models employed and paves the way for further investigation of the nanocages' properties and their applications as functional and smart nanocarriers and as building blocks for  engineering biocompatible artificial materials.