Mié09282022

Última actualizaciónMar, 27 Sep 2022 11am

Back Está aquí: Inicio Química Proyectos Un nanosensor creado únicamente con segmentos de ADN

Un nanosensor creado únicamente con segmentos de ADN

Investigadores del Instituto de Química Avanzada de Cataluña del CSIC y del IRB Barcelona han conseguido desarrollar un nanosensor usando únicamente pequeños segmentos de ADN, mediante una técnica puntera conocida como papiroflexia (origami) de ADN. El sensor tiene un tamaño de 100 nanómetros (mil veces más pequeño que una bacteria): se necesitarían millones de sensores como éste para rellenar el ojo de una aguja de coser.

Este sensor molecular puede detectar la actividad de la enzima humana hAGT, algo que es de interés para el desarrollo de fármacos anticancerígenos, ya que es una de las dianas de las nuevas terapias contra el cáncer y uno de los marcadores que puede predecir el éxito de un tratamiento. Se trata, también, de un avance notable en el control del ADN como material de partida para obtener dispositivos biomédicos a escala nanométrica.

El trabajo, que se publica en la revista Angewandte Chemie, ha sido desarrollado por el grupo de Química de Ácidos Nucleicos del Instituto de Química Avanzada de Cataluña del CSIC, y tiene como investigadora principal a Carmen Fábregas, integrante del mismo grupo pero adscrita al IRB Barcelona.

 

En el ojo de una aguja con unas dimensiones de 1 milímetro por 1 milímetro, cabrían 10.000 nanosensores a lo ancho y 10.000 en vertical. Para cubrir el área de un milímetro cuadrado, se necesitarían 10.000 x 10.000 nanosensores: 100.000.000. Si el ojo de la aguja tuviera 1 milímetro por 1 cm, se necesitarían ¡mil millones de nanosensores! (10.000 x 100.000).  Este esquema intenta dar una idea de a qué escalas se mueven los objetos nanométricos. Las imágenes y la diferencia entre sus tamaños no están a escala real.

Doblar y grapar el ADN como si fuera papel

En la técnica origami de ADN, se parte de una gran cadena de ADN que se va plegando de forma natural gracias a otros pequeños segmentos de ADN (oligonucleótidos) que actúan como si fueran grapas, hasta obtener diseños diversos. De ahí viene precisamente su nombre, tomado del tradicional arte oriental que crea figuras plegando una hoja de papel en distintas formas.

Las estructuras obtenidas pueden usarse como plantillas para colocar proteínas, nanopartículas, enzimas, nanocables o cualquier otra molécula funcional siguiendo un patrón predeterminado. El ADN tiene otras ventajas: su rigidez (a nivel nanométrico), el tamaño extraordinariamente pequeño y una posibilidad de combinaciones casi infinita.

“En nuestro trabajo”, explica Ramon Eritja, que dirige el grupo de Química de Ácidos Nucleicos,  “hemos usado ADN viral de cadena sencilla y unos 250 oligonucleótidos “grapa” con los que hemos conseguido doblar el ADN hasta formar una estructura plana, en nuestro caso de forma rectangular.

Cómo funciona el nanosensor

Una vez creada la estructura, los investigadores han incorporado dos líneas de secuencias sencillas de ADN. En una línea, un aptámero (un ácido nucleico de cadena sencilla de ADN) que tiene la capacidad de unirse a la trombina, una proteína implicada en la coagulación de la sangre. En la otra línea, el mismo aptámero pero con su secuencia “dañada”: es decir, se ha modificado para que no funcione bien y la trombina no pueda unirse a ella.

Así, cuando se deposita la muestra (ADN similar que contiene un análogo que se puede producir a lo largo de la quimioterapia) sobre el nanosensor, se puede observar mediante microscopia AFM (del ingles Atomic Force Microscope) si la trombina se une sólo en una línea o en ambas (con la secuencia correcta y con la dañada). Que la trombina se una también a la secuencia dañada, implica que la enzima hAGT de la muestra sigue funcionando bien y que ha reparado la modificación.

Investigación contra el cáncer

¿Qué interés tiene detectar el funcionamiento de la enzima hAGT? Carme Fàbrega, investigadora principal, explica que la hAGT es una de las llamadas enzimas de reparación del ADN. “Los tratamientos de quimioterapia”, añade “están destinados a dañar el ADN de las células cancerosas y a destruirlas. Pero en las células cancerosas esta enzima está sobreexpresada, lo que las hace especialmente hábiles reparando su ADN tras los tratamientos”. Es una de las razones por las que se genera resistencia a las terapias anticancerígenas.

Por eso, una de las nuevas estrategias es buscar inhibidores de la enzima hAGT. Sin embargo, detalla Fàbrega, “se necesitan herramientas para visualizar en el laboratorio el comportamiento de esta enzima, y poder evaluar la eficacia de los nuevos inhibidores durante su desarrollo”. Detectar la actividad de estas enzimas de reparación, con las técnicas actuales (basadas en ensayos de radioactividad) es muy difícil.

En este sentido, el nuevo biosensor es una herramienta alternativa que ofrece una detección precisa y fiable, y que puede simplificar ese análisis. No obstante, su uso por el momento se limita a investigación básica, dado el elevado costo de la microscopia de fuerza atómica, necesaria para leer el chip. “Tal vez en un futuro próximo, si el coste de este tipo de microscopia desciende, el nanosensor pueda ser utilizado en el campo clínico, abriendo la posibilidad del diagnostico molecular”.

Tintoré, M., Gállego, I., Manning, B., Eritja, R. and Fàbrega, C. (2013), DNA Origami as a DNA Repair Nanosensor at the Single-Molecule Level . Angew. Chem. Int. Ed.. doi: 10.1002/anie.201301293