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El ADN se pliega en una nanocápsula inteligente para la administración de fármacos

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Investigadores de la Universidad de Jyväskylä y de la Universidad de Aalto en Finlandia han desarrollado una nanoestructura de ADN personalizada que puede realizar una tarea predefinida en condiciones similares a las del cuerpo humano. Para ello, el equipo construyó un portador similar a una cápsula que se abre y se cierra de acuerdo con el nivel de pH de la solución circundante. La nanocápsula puede ser cargada -o embalada- con una variedad de carga, cerrada para su entrega y abierta de nuevo mediante un sutil aumento del pH.

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La función de la nanocápsula de ADN se basa en residuos de ADN sensibles al pH.

Para que esto ocurra, el equipo diseñó una estructura de origami de ADN similar a una cápsula, funcionalizada con hebras de ADN que responden al pH. Estos nanodiseños dinámicos de ADN se controlan a menudo mediante la simple unión por hidrógeno de dos secuencias de ADN complementarias. Aquí, una mitad de la cápsula estaba equipada con dominios específicos de ADN de doble cadena que podían formar una triple hélice de ADN -en otras palabras, una estructura helicoidal compuesta de tres, no sólo dos moléculas de ADN- uniéndose a un ADN adecuado de una sola cadena en la otra mitad.

"La formación de triplex sólo puede ocurrir cuando el pH circundante de la solución es correcto. Llamamos a estas hebras sensibles al pH'pH latches', porque cuando las hebras interactúan, funcionan de manera similar a sus contrapartes macroscópicas y bloquean la cápsula en un estado cerrado. Hemos incluido múltiples motivos en nuestro diseño de cápsulas para facilitar la apertura/cierre de la cápsula en función del comportamiento cooperativo de los pestillos. La apertura de la cápsula es en realidad muy rápida y sólo requiere un ligero aumento del pH en la solución", explica la primera autora del estudio, la estudiante de doctorado Heini Ijäs del Centro de Nanociencia de la Universidad de Jyvaskyla.

Las nanopartículas y las enzimas pueden ser cargadas y encapsuladas dentro de las cápsulas

Para aprovechar las nanocápsulas para el transporte de cargas útiles moleculares o sustancias terapéuticas, el equipo diseñó la cápsula con una cavidad que podía albergar diferentes materiales. Demostraron que tanto las nanopartículas de oro como las enzimas podían ser cargadas (pH alto) y encapsuladas dentro de las cápsulas (pH bajo) y nuevamente mostradas (pH alto). Al monitorear la actividad de la enzima, los investigadores encontraron que la carga permaneció completamente funcional durante el curso del proceso.

"Lo más intrigante de las cápsulas de origami ADN es que el umbral de pH en el que se produce la apertura y el cierre es totalmente ajustable mediante la selección de las secuencias de base de los cierres de pH. Diseñamos el umbral de pH para que fuera de 7.2-7.3, cercano al pH de la sangre. En el futuro, este tipo de portador de medicamentos podría ser optimizado para abrirse selectivamente dentro de células cancerosas específicas, las cuales pueden mantener un pH más alto que las células sanas normales", dice Veikko Linko, Profesora Adjunta de la Universidad de Aalto.

Además, las cápsulas permanecieron funcionales en concentraciones fisiológicas de magnesio y sodio, y en un 10 por ciento de plasma sanguíneo, y podrían continuar funcionando a concentraciones de plasma aún más altas. Juntos, estos resultados ayudan a allanar el camino para el desarrollo de vehículos inteligentes y totalmente programables para la nanomedicina.