p Assim como a máquina a vapor preparou o cenário para a Revolução Industrial, e os micro transistores deram início à era digital, dispositivos em nanoescala feitos de DNA estão abrindo uma nova era na pesquisa biomédica e na ciência dos materiais. p O jornal Ciência descreve os usos emergentes de dispositivos mecânicos de DNA em um artigo "Perspectiva" de Khalid Salaita, um professor de química na Emory University, e Aaron Blanchard, um estudante de pós-graduação no Departamento de Engenharia Biomédica Wallace H. Coulter, um programa conjunto do Instituto de Tecnologia da Geórgia e Emory.

p O artigo anuncia um novo campo, que Blanchard apelidou de "mecanotecnologia do DNA, "para projetar máquinas de DNA que geram, transmitir e sentir forças mecânicas em nanoescala.

p "Por muito tempo, "Salaita diz, "os cientistas têm sido bons em fazer microdispositivos, centenas de vezes menor que a largura de um fio de cabelo humano. Tem sido mais desafiador fazer nano dispositivos funcionais, milhares de vezes menor do que isso. Mas usar o DNA como as partes componentes está tornando possível construir nano dispositivos extremamente elaborados porque as partes do DNA se auto-montam. "

p DNA, ou ácido desoxirribonucleico, armazena e transmite informações genéticas como um código composto de quatro bases químicas:adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T). As bases do DNA têm uma afinidade natural para emparelhar-se - A com T e C com G. As fitas sintéticas de DNA podem ser combinadas com as fitas naturais de DNA de bacteriófagos. Ao mover a sequência de letras nas fitas, os pesquisadores podem fazer com que os filamentos de DNA se liguem de maneiras que criam formas diferentes. A rigidez das fitas de DNA também pode ser facilmente ajustada, portanto, permanecem retos como um pedaço de espaguete seco ou dobram-se e enrolam-se como espaguete cozido.

p A ideia de usar o DNA como material de construção remonta à década de 1980, quando o bioquímico Nadrian Seeman foi o pioneiro da nanotecnologia de DNA. Este campo usa fitas de DNA para fazer dispositivos funcionais em nanoescala. A capacidade de torná-los precisos, estruturas tridimensionais começaram como uma novidade, apelidado de origami de DNA, resultando em objetos como um mapa microscópico do mundo e, mais recentemente, o menor jogo de jogo da velha, jogado em uma placa de DNA.

p O trabalho com objetos inovadores continua a fornecer novos insights sobre as propriedades mecânicas do DNA. Esses insights estão impulsionando a capacidade de fazer máquinas de DNA que geram, transmitir e sentir as forças mecânicas.

p "Se você juntar esses três componentes principais dos dispositivos mecânicos, você começa a obter martelos, engrenagens e rodas e pode começar a construir nano máquinas, "Salaita diz." A mecanotecnologia do DNA expande as oportunidades de pesquisa envolvendo biomedicina e ciência dos materiais. É como descobrir um novo continente e abrir novos territórios para explorar. "

p Os usos potenciais para tais dispositivos incluem dispositivos de entrega de drogas na forma de nano cápsulas que se abrem quando atingem um local de destino, nano computadores e nano robôs trabalhando em linhas de montagem em nanoescala.

p O uso de automontagem de DNA pela indústria de genômica, para pesquisas e diagnósticos biomédicos, está impulsionando ainda mais a mecanotecnologia do DNA, tornando a síntese de DNA barata e prontamente disponível. "Potencialmente, qualquer pessoa pode sonhar com um projeto de nano-máquina e torná-lo realidade, "Salaita diz.

p Ele dá o exemplo da criação de uma tesoura nanométrica. "Você sabe que precisa de duas hastes rígidas e que elas precisam ser ligadas por um mecanismo de pivô, "diz ele." Ao mexer em algum software de código aberto, você pode criar este design e, em seguida, ir a um computador e fazer um pedido para sintetizar seu design de forma personalizada. Você receberá seu pedido em um tubo. Você simplesmente coloca o conteúdo do tubo em uma solução, deixe seu dispositivo montar sozinho, e, em seguida, use um microscópio para ver se funciona da maneira que você esperava. "

p O laboratório de Salaita é um dos cerca de 100 em todo o mundo trabalhando na vanguarda da mecanotecnologia do DNA. Ele e Blanchard desenvolveram o motor baseado em DNA sintético mais forte do mundo, que foi relatado recentemente na Nano Letters.

p O foco principal da pesquisa de Salaita é mapear e medir como as células empurram e puxam para aprender mais sobre as forças mecânicas envolvidas no sistema imunológico humano.

p Salaita desenvolveu os primeiros medidores de força de DNA para células, fornecendo a primeira visão detalhada das forças mecânicas que uma molécula aplica a outra molécula em toda a superfície de uma célula viva. O mapeamento dessas forças pode ajudar a diagnosticar e tratar doenças relacionadas à mecânica celular. Células cancerosas, por exemplo, movem-se de maneira diferente das células normais, e não está claro se essa diferença é uma causa ou um efeito da doença.

p Em 2016, Salaita usou esses medidores de força de DNA para fornecer a primeira evidência direta das forças mecânicas das células T, os guardas de segurança do sistema imunológico. Seu laboratório mostrou como as células T usam uma espécie de "aperto de mão" mecânico ou puxão para testar se uma célula que encontram é uma amiga ou inimiga. Esses puxões mecânicos são centrais para a decisão de uma célula T de montar uma resposta imunológica.

p "Seu sangue contém milhões de diferentes tipos de células T, e cada célula T é evoluída para detectar um determinado patógeno ou agente estranho, "Salaita explica." As células T estão constantemente amostrando células por todo o corpo usando esses puxadores mecânicos. Eles se ligam e puxam as proteínas na superfície da célula e, se o vínculo é forte, isso é um sinal de que a célula T encontrou um agente estranho. "

p O laboratório de Salaita baseou-se nessa descoberta em um artigo publicado recentemente no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) . O trabalho liderado pelo estudante de graduação em química da Emory, Rong Ma, refinou a sensibilidade dos medidores de força de DNA. Eles não só podem detectar esses puxões mecânicos com uma força tão leve que é quase um bilionésimo do peso de um clipe de papel, eles também podem capturar evidências de puxões tão breves quanto um piscar de olhos.

p A pesquisa fornece uma visão sem precedentes das forças mecânicas envolvidas no sistema imunológico. "Nós mostramos isso, além de ter evoluído para detectar determinados agentes estrangeiros, As células T também aplicarão puxões mecânicos muito breves a agentes estranhos que são próximos, "Salaita diz." A frequência e duração do puxão depende de quão próximo o agente estranho é compatível com o receptor de células T. "

p O resultado fornece uma ferramenta para prever o quão forte de uma resposta imunológica uma célula T irá aumentar. "Esperamos que esta ferramenta possa eventualmente ser usada para ajustar imunoterapias para pacientes com câncer individuais, "Salaita diz." Isso poderia ajudar a projetar células T para ir atrás de células cancerosas específicas. "