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Figura 1. Esta é uma ilustração conceitual de microcápsulas baseadas em nanoplacas de DNA. Crédito: Masahiro Takinoue do Instituto de Tecnologia de Tóquio
A pesquisar grupo liderado pela Tokyo Tech relata uma forma de construir ADNmicrocápsulas baseadas em microcápsulas que são muito promissoras para o desenvolvimento de novos materiais e dispositivos funcionais (Figura 1). Eles mostraram que minúsculos poros na superfície dessas cápsulas podem atuar como canais iônicos. Seu estudo acelerará os avanços na engenharia de células artificiais e na robótica molecular, bem como na própria nanotecnologia.
Nanoestruturas automontadas baseadas em DNA são blocos de construção promissores para novos tipos de micro e nanodispositivos para aplicações biomédicas e ambientais. Muitas pesquisas estão atualmente focadas em adicionar funcionalidade a tais estruturas, a fim de expandir sua versatilidade.
Por exemplo, cápsulas projetadas chamadas lipossomas que possuem uma membrana de bicamada lipídica já estão sendo usadas com sucesso como sensores, ferramentas de diagnóstico e sistemas de administração de medicamentos. Outro grupo de cápsulas que não possuem bicamada lipídica, mas são compostas por membrana de partículas coloidais, conhecido como Emulsões de seleção1 ou coloidossomas, também têm potencial para muitas aplicações biotecnologicamente úteis.
Agora, um grupo de pesquisa liderado pelo biofísico Masahiro Takinoue, da Tokyo Tech, relata um novo tipo de emulsão Pickering com a funcionalidade adicional de canais iônicos – uma conquista que abre novos caminhos para o projeto de células artificiais e robôs moleculares.
“Pela primeira vez, demonstramos a função do canal iônico usando nanoestruturas de DNA porosas sem a presença de uma membrana de bicamada lipídica”, diz Takinoue.
O design da equipe explora as propriedades de automontagem de Nanoplacas de origami de DNA2. As emulsões Pickering resultantes são estabilizadas pelo anfifílico3 natureza das nanoplacas. (Veja a Figura 2.)
Figura 2. Representação de microcápsulas baseadas em nanoplacas de DNA
(a) Dois tipos de nanoplacas de DNA (sem poros e com poros) foram construídos e modificados para conferir hidrofobicidade a uma face das nanoplacas. As nanoplacas de DNA anfifílicas resultantes se automontam na interface óleo-água para formar gotículas de emulsão, ou microcápsulas, mesmo sem qualquer membrana de suporte, como a membrana lipídica.
(b) Os nanoporos foram demonstrados com sucesso neste estudo como funcionando como canais iônicos entre duas microcápsulas.
Crédito: Masahiro Takinoue do Instituto de Tecnologia de Tóquio
Uma das implicações mais interessantes do estudo, explica Takinoue, é que será possível desenvolver sistemas responsivos a estímulos – aqueles que são baseados no conceito de comutação aberto-fechado. Tais sistemas poderiam eventualmente ser usados para desenvolver redes neurais artificiais que imitam a forma como o cérebro humano funciona.
“Além disso, uma mudança de formato das nanoplacas de DNA que responde a estímulos poderia servir como uma força motriz para a locomoção autônoma, o que seria útil para o desenvolvimento de robôs moleculares”, diz Takinoue.
O presente estudo destaca os pontos fortes da equipe em combinar a nanotecnologia do DNA com uma perspectiva baseada na biofísica e na física da matéria mole.
Termos técnicos
Microcápsulas formadas pela montagem de partículas coloidais na interface das gotículas da emulsão.
2 nanoplacas de origami de DNA
Blocos de construção em nanoescala formados por uma técnica de montagem que “dobra” moléculas de DNA em estruturas desejadas.
Termo que descreve compostos que possuem propriedades hidrofílicas e lipofílicas, o que significa que possuem boa afinidade com água e óleo.
Referência: “Emulsão baseada em nanoplaca de DNA Origami com função Nanopore” por Dr. Daisuke Ishikawa, Dr. Endo, Prof. Ryuji Kawano e Prof. Masahiro Takinoue, 14 de agosto de 2019, Angewandte Chemie Edição Internacional.
DOI: 10.1002/anie.201908392