Os cientistas têm produzido nanopartículas a partir de cadeias de ADN há duas décadas, manipulando as ligações que mantêm a forma de dupla hélice do ADN para esculpir estruturas automontáveis ​​que poderão algum dia ter aplicações médicas de cair o queixo.



O estudo das nanopartículas de DNA, no entanto, concentrou-se principalmente na sua arquitetura, transformando o código genético da vida em componentes para a fabricação de robôs minúsculos. Dois pesquisadores da Universidade Estadual de Iowa no departamento de genética, desenvolvimento e biologia celular – o professor Eric Henderson e o recém-graduado Chang-Yong Oh – esperam mudar isso, mostrando que materiais em nanoescala feitos de DNA podem transmitir suas instruções genéticas integradas.

"Até agora, a maioria das pessoas tem explorado nanopartículas de DNA do ponto de vista da engenharia. Pouca atenção tem sido dada à informação contida nessas cadeias de DNA", disse Oh.

Em um artigo recente publicado na revista Scientific Reports , Henderson e Oh descreveram como construíram nanopartículas de DNA capazes de expressar o código genético. Ter capacidade de gerar genes aumenta o potencial da nanotecnologia do DNA.

“Essas estruturas podem ser tanto o transportador quanto o medicamento”, disse Henderson.

Henderson e Oh disseram que estão entre as primeiras equipes de pesquisa do mundo a criar uma nanopartícula de DNA que expressa seu código genético. A Fundação de Pesquisa da Universidade Estadual de Iowa registrou um pedido de patente relacionado à pesquisa em 2023.

Estruturas de sucesso

Henderson veio para o estado de Iowa em 1987, mas, durante 14 anos, dividiu seu tempo construindo uma startup chamada BioForce Nanosciences. Depois de retornar ao estado de Iowa em tempo integral em 2008, ele começou a trabalhar no origami de DNA – um método recém-desenvolvido para criar nanoestruturas complexas automontadas a partir de longas fitas simples de DNA.

Henderson e uma ex-aluna de pós-graduação – Divita Mathur, agora professora assistente na Case Western University – projetaram um biossensor de nanomáquina que poderia detectar patógenos.

Esse trabalho deixou um pensamento persistente:e os genes que essas estruturas carregam? Poderia o origami do DNA expressar a informação genética integrada dentro de si?

O primeiro passo foi descobrir como criar origami de DNA com fitas simples que possuem sequências genéticas específicas, em oposição às fitas tradicionalmente usadas para criar nanopartículas.

Isso levou alguns anos. O próximo passo foi determinar se a RNA polimerase, uma enzima para produzir moléculas de RNA a partir de códigos de DNA, poderia navegar pelas extensas dobras do origami de DNA, disse Henderson. Uma preocupação particular era se a polimerase seria bloqueada por cruzamentos, as junções onde longas cadeias de ADN são ligadas por pequenos pedaços de ADN chamados grampos.

“Acontece que não, o que é contra-intuitivo”, disse Henderson.

Embora os cruzamentos e a arquitetura complexa não impeçam o processo de transcrição de produção de RNA, o design de uma nanoestrutura de DNA afeta a eficiência da transcrição. Estruturas densas produzem menos RNA, o que implica que o design das nanopartículas pode ser ajustado para inibir ou promover as funções pretendidas, disse Oh.

“Poderíamos criar um sistema de entrega eficiente e direcionado, com potencial em muitos campos, incluindo a terapia do câncer”, disse ele.

Acessível e durável

O potencial de precisão é parte do que torna as nanopartículas de DNA uma possibilidade interessante, disse Henderson.

“A edição de genes é incrivelmente poderosa, mas uma das partes mais difíceis da edição de genes é editar apenas os genes que você deseja editar. Então esse é o sonho, refinar essas nanopartículas para atingir certas células e tecidos”, disse ele.

No entanto, as nanopartículas de DNA têm outras vantagens importantes. Eles são fáceis de fazer, baratos e duráveis. Fazer com que as nanopartículas se automontem é tão simples quanto aquecer uma mistura e deixá-la esfriar, sem a necessidade de equipamento especial, disse Oh.

Graças, em parte, à onipresença da pesquisa de DNA, a produção de fios e grampos é barata. Apesar de usá-los diariamente, Henderson e Oh ainda estão trabalhando em um pacote de alimentos básicos comprado de um fabricante de Coralville há vários anos por algumas centenas de dólares.

E os componentes, que podem ser armazenados em pó, têm uma vida útil longa, mesmo nas condições mais desafiadoras, disse Henderson. É uma tecnologia que pode se espalhar facilmente.

“O DNA é muito estável. Foi recuperado de amostras com mais de 1 milhão de anos”, disse ele.

Mais informações: Chang Yong Oh et al, Transcrição in vitro de nanopartículas de DNA automontadas, Relatórios Científicos (2023). DOI:10.1038/s41598-023-39777-0
Fornecido pela Iowa State University