Trabalhando em tubos microscópicos com apenas um milionésimo da largura de um único fio de cabelo humano, os pesquisadores da Universidade Johns Hopkins projetaram uma maneira de garantir que esses tubos minúsculos estejam protegidos contra os menores vazamentos.
A tubulação sem vazamentos, feita com nanotubos que se automontam, se auto-reparam e podem se conectar a diferentes bioestruturas, é um passo significativo para a criação de uma rede de nanotubos que um dia pode fornecer drogas, proteínas e moléculas especializadas para células-alvo em o corpo humano. As medições altamente precisas são descritas hoje em Avanços da ciência .

“Este estudo sugere fortemente que é viável construir nanotubos que não vazem usando essas técnicas fáceis de automontagem, onde misturamos moléculas em uma solução e as deixamos formar a estrutura que queremos”, disse Rebecca Schulman, associada professor de engenharia química e biomolecular que co-liderou a pesquisa. "No nosso caso, também podemos conectar esses tubos a diferentes pontos finais para formar algo como encanamento."

A equipe trabalhou com tubos de aproximadamente sete nanômetros de diâmetro – cerca de dois milhões de vezes menores que uma formiga – e vários mícrons de comprimento, ou aproximadamente o comprimento de uma partícula de poeira.

O método se baseia em uma técnica estabelecida que reaproveita pedaços de DNA como blocos de construção para crescer e reparar os tubos, permitindo que eles procurem e se conectem a estruturas específicas.

Estudos anteriores projetaram estruturas semelhantes para fazer estruturas mais curtas chamadas nanoporos. Esses projetos se concentram na capacidade dos nanoporos de DNA de controlar o transporte de moléculas através de membranas lipídicas cultivadas em laboratório que imitam a membrana de uma célula.

Mas se os nanotubos são como tubos, os nanoporos são como acessórios de tubos curtos que sozinhos não podem alcançar outros tubos, tanques ou equipamentos. A equipe de Schulman é especializada em nanotecnologia de inspiração biológica para resolver esses tipos de problemas.

"Construir um tubo longo a partir de um poro pode permitir que as moléculas não apenas cruzem o poro de uma membrana que as mantém dentro de uma câmara ou célula, mas também direcionem para onde essas moléculas vão depois de deixar a célula", disse Schulman. "Conseguimos construir tubos que se estendem a partir de poros muito mais longos do que aqueles que haviam sido construídos antes, o que poderia trazer o transporte de moléculas ao longo de 'estradas' de nanotubos para perto da realidade."

Os nanotubos se formam usando fitas de DNA que são tecidas entre diferentes hélices duplas. Suas estruturas têm pequenas lacunas como armadilhas de dedos chinesas. Por causa das dimensões extremamente pequenas, os cientistas não conseguiram testar se os tubos poderiam transportar moléculas por distâncias maiores sem vazar ou se as moléculas poderiam deslizar pelas lacunas das paredes.

Yi Li, doutorando do departamento de engenharia química e biomolecular da Johns Hopkins que co-liderou o estudo, realizou o nanoequivalente de tampar a extremidade de um cano e abrir uma torneira para garantir que não haja vazamento de água. Yi tapou as extremidades dos tubos com "rolhas" especiais de DNA e passou uma solução de moléculas fluorescentes através deles para rastrear vazamentos e taxas de influxo.

Ao medir com precisão a forma dos tubos, como suas biomoléculas se conectavam a nanoporos específicos e a rapidez com que a solução fluorescente fluía, a equipe demonstrou como os tubos moviam moléculas para pequenos sacos cultivados em laboratório que lembram a membrana de uma célula. As moléculas brilhantes deslizaram como água por uma calha.

"Agora podemos chamar isso de sistema de encanamento, porque estamos direcionando o fluxo de certos materiais ou moléculas por distâncias muito maiores usando esses canais", disse Li. "Somos capazes de controlar quando parar esse fluxo usando outra estrutura de DNA que se liga muito especificamente a esses canais para interromper esse transporte, funcionando como uma válvula ou um tampão".

Os nanotubos de DNA podem ajudar os cientistas a entender melhor como os neurônios interagem uns com os outros. Os pesquisadores também podem usá-los para estudar doenças como o câncer e as funções dos mais de 200 tipos de células do corpo.

Em seguida, a equipe realizará estudos adicionais com células sintéticas e reais, bem como com diferentes tipos de moléculas.

Os autores incluem o professor de física e astronomia da Johns Hopkins, Brice Ménard, e Himanshu Joshi e Aleksei Aksimentiev, da Universidade de Illinois Urbana-Champaign. + Explorar mais

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