Cercetătorii de la Universitatea din Carolina de Nord (UNC) au dezvoltat microstructuri construite din ADN şi materiale anorganice, capabile să-şi schimbe forma în funcţie de mediul în care se află. Aceşti micro-roboţi naturali, botezaţi „flori de ADN”, se comportă ca nişte organisme vii în miniatură, putând să se închidă şi să se deschidă complet în doar câteva secunde, asemenea petalelor unei flori reale. Inovaţia deschide calea către o nouă generaţie de materiale inteligente, cu aplicaţii promiţătoare în medicină şi tehnologie.
Un studiu, publicat recent în revista Nature Nanotechnology, descrie modul în care fiecare structură funcţionează asemenea unui mic program biologic, în care ADN-ul ghidează precis reacţiile la schimbările din mediul înconjurător. Când aciditatea (pH-ul) mediului creşte, structura se contractă şi se închide, iar atunci când condiţiile revin la normal, se relaxează şi se redeschide. Această capacitate de a răspunde rapid la variaţiile chimice ar putea permite eliberarea controlată a medicamentelor sau declanşarea unor reacţii chimice specifice în interiorul organismului.
Potrivit echipei laboratorului UNC, aceste materiale care îşi schimbă forma ar putea sta la baza unor capsule inteligente, capabile să administreze medicamente doar atunci când detectează boala şi să se oprească odată cu vindecarea.
Într-un viitor apropiat, „florile de ADN” ar putea fi înghiţite sau implantate pentru a livra doze precise de tratament, pentru a colecta mostre biologice sau chiar pentru a dizolva cheaguri de sânge.
Inspiraţia pentru aceste structuri a venit din natură, respectiv din modul în care petalele unei flori se deschid, din pulsaţiile coralilor sau din felul în care se formează ţesuturile vii. Cercetătorii au încercat să reproducă aceste comportamente complexe la scară microscopică, o provocare care până acum părea imposibilă.
Secretul stă în organizarea ADN-ului în interiorul cristalelor care formează „petalele”. Structura reacţionează la mediul chimic din jur. Atunci când aciditatea creşte, ADN-ul se strânge şi floarea se închide; când condiţiile revin la normal, structura se relaxează şi se deschide din nou. Acest mecanism simplu, dar ingenios, poate fi folosit pentru a transporta şi elibera molecule, pentru a interacţiona cu celule sau pentru a controla procese chimice.
Deşi tehnologia este încă în faza experimentală, echipa prevede numeroase aplicaţii. În viitor, aceste microstructuri din ADN ar putea fi injectate în corp pentru a localiza o tumoră. Odată ajunse acolo, aciditatea specifică mediului tumoral ar determina închiderea petalelor şi eliberarea medicamentului exact la locul potrivit. Când tumora dispare, structurile se deschid din nou şi se dezactivează, pregătite să reacţioneze dacă boala revine.
Dincolo de domeniul medical, aceste materiale inteligente ar putea fi folosite pentru a curăţa poluarea din apă, eliberând substanţe de curăţare în mod controlat şi dizolvându-se apoi fără a lăsa reziduuri. Cercetătorii mai sugerează că pot fi adaptate şi pentru stocarea datelor digitale, până la două trilioane de gigabytes într-o singură linguriţă de material, o metodă ecologică şi eficientă de arhivare a informaţiei.
Această inovaţie marchează un pas important către producerea de materiale ce pot percepe şi răspunde la mediul înconjurător, estompând graniţa dintre organismele vii şi materialele artificiale.
Echipa de la Universitatea din Carolina de Nord precizează că, deşi tehnologia se află încă într-un stadiu incipient, aceasta ar putea fi utilizată în viitorul apropiat în medicină, pentru biopsii minim invazive sau administrarea personalizată a medicamentelor.
„Florile” de ADN pot circula prin organism, pot identifica modificările de aciditate din jurul tumorilor şi pot reacţiona eliberând substanţe terapeutice ori colectând mostre biologice.
Foto articol: O imagine a microscopică a „florilor de ADN” create de laboratorul UNC. Credit foto: Justin Hill, Philip Rosenberg şi Ronit Freeman.
