p Pesquisadores da Carnegie Mellon University desenvolveram um método para a automontagem de nanoestruturas com ácido nucleico de peptídeo modificado por gama (γPNA), uma imitação sintética do DNA. O processo tem potencial para impactar a nanofabricação, bem como futuras tecnologias biomédicas, como diagnósticos direcionados e distribuição de medicamentos. p Publicado esta semana em Nature Communications , o trabalho apresenta uma ciência da nanotecnologia γPNA que permite a automontagem em soluções de solventes orgânicos, os ambientes hostis usados ​​na síntese de peptídeos e polímeros. Isso é uma promessa para nanofabricação e nanossensibilidade.

p A equipe de pesquisa, liderado pela Professora Assistente de Engenharia Mecânica Rebecca Taylor, relataram que o γPNA pode formar nanofibras em soluções de solventes orgânicos que podem crescer até 11 mícrons de comprimento (mais de 1000 vezes mais do que sua largura). Estes representam o primeiro complexo, nanoestruturas all-PNA a serem formadas em solventes orgânicos.

p Taylor, que chefia o Laboratório de Microssistemas e Mecanobiologia da Carnegie Mellon, quer alavancar os "superpoderes" do PNA. Além de sua maior estabilidade térmica, O γPNA retém a capacidade de se ligar a outros ácidos nucleicos em misturas de solventes orgânicos que normalmente desestabilizam a nanotecnologia de DNA estrutural. Isso significa que eles podem formar nanoestruturas em ambientes com solventes que evitam a formação de nanoestruturas baseadas em DNA.

p Outra propriedade do γPNA é que ele é menos torcido do que a dupla hélice do DNA. O resultado dessa diferença é que as "regras" para projetar nanoestruturas baseadas em PNA são diferentes das regras para projetar nanotecnologia de DNA estrutural.

p "Como engenheiros mecânicos, estávamos preparados para o desafio de resolver um problema de projeto estrutural, Disse Taylor. "Devido à torção helicoidal incomum, tivemos que propor uma nova abordagem para tecer essas peças juntas. "

p Como os pesquisadores do laboratório de Taylor procuram usar a mudança dinâmica de forma em suas nanoestruturas, eles ficaram intrigados ao descobrir que mudanças morfológicas - como enrijecimento ou desfiamento - ocorreram quando eles incorporaram DNA nas nanoestruturas de γPNA.

p Outras características interessantes que os pesquisadores desejam explorar mais incluem a solubilidade em água e a agregação. Na água, essas nanofibras atuais tendem a se agrupar. Em misturas de solventes orgânicos, o laboratório Taylor demonstrou que podem controlar se as estruturas se agregam ou não, e Taylor acredita que a agregação é um recurso que pode ser aproveitado.

p "Essas nanofibras seguem as regras de ligação Watson-Crick do DNA, mas eles parecem agir cada vez mais como peptídeos e proteínas à medida que as estruturas de PNA crescem em tamanho e complexidade. Estruturas de DNA se repelem, mas esses novos materiais não, e, potencialmente, podemos aproveitar isso para criar revestimentos de superfície responsivos, "disse Taylor.

p A molécula γPNA sintética foi percebida como um simples mimetizador de DNA com propriedades desejáveis, tais como alta bioestabilidade e forte afinidade para ácidos nucleicos complementares.

p “Acreditamos neste trabalho, poderíamos, adicionalmente, ajustar essa percepção destacando a capacidade do γPNA de atuar como ambos - como um mimetizador de peptídeo por causa de sua estrutura de pseudopeptídeo e como um mimetizador de DNA por causa de sua complementaridade de sequência. Essa mudança na percepção pode nos permitir entender as múltiplas identidades que esta molécula pode alavancar no mundo do projeto de nanoestruturas de PNA, "disse Sriram Kumar, um Ph.D. em engenharia mecânica. candidato e o primeiro autor no artigo.

p Embora o PNA já esteja sendo usado em aplicações inovadoras de terapia genética, Ainda há muito que aprender sobre o potencial desse material sintético. Se nanoestruturas complexas de PNA podem algum dia ser formadas em soluções aquosas, A equipe de Taylor espera que aplicações adicionais incluam nanomáquinas resistentes a enzimas, incluindo biossensores, diagnósticos, e nanorrobôs.

p "Os híbridos PNA-peptídeo criarão um kit de ferramentas totalmente novo para os cientistas, "Disse Taylor.

p Os pesquisadores usaram modificações gama personalizadas para PNA que foram desenvolvidas pelo laboratório de Danith Ly em Carnegie Mellon. Trabalhos futuros investigarão γPNAs para canhotos no processo de nanofabricação. Para futuras aplicações biomédicas, estruturas canhotas seriam de particular interesse porque não representariam um risco de ligação ao DNA celular.

p Este trabalho representa uma colaboração interdisciplinar. Autores adicionais incluem Ph.D. em química. o candidato Alexander Pearse e o candidato à engenharia mecânica Ying Liu. O financiamento foi fornecido pela National Science Foundation e pelo Air Force Office of Science Research.