Programando el ADN para entregar medicamentos contra el cáncer

(Last Updated On: marzo 20, 2018)

Un equipo de investigación ha desarrollado tecnología para programar hebras de ADN en interruptores que encienden y apagan las proteínas. Esta tecnología podría conducir al desarrollo de nuevas terapias contra el cáncer y otros medicamentos.

El ADN tiene una función importante: indicar a las células qué proteínas deben producir. Ahora, un equipo de investigación de la Universidad de Delaware ha desarrollado tecnología para programar hebras de ADN en interruptores que encienden y apagan las proteínas.

Wilfred Chen Group de UD describe sus resultados en un artículo publicado el lunes 12 de marzo en la revista Nature Chemistry. Esta tecnología podría conducir al desarrollo de nuevas terapias contra el cáncer y otros medicamentos.

Computación con ADN

Wilfred Chen (izquierda) y Rebecca P. Chen están desarrollando nuevas herramientas biomoleculares para abordar los principales problemas de salud mundiales.
Crédito: Universidad de Delaware

Este proyecto aprovecha un campo emergente conocido como computación del ADN. Los datos que comúnmente enviamos y recibimos en la vida diaria, como mensajes de texto y fotos, utilizan código binario, que tiene dos componentes: unos y ceros. El ADN es esencialmente un código con cuatro componentes, los nucleótidos guanina, adenina, citosina y timina. En las células, la disposición de estos cuatro nucleótidos determina la producción, las proteínas producidas por el ADN. Aquí, los científicos han reorientado el código de ADN para diseñar circuitos de ADN lógicos.

“Una vez que diseñamos el sistema, primero teníamos que ir al laboratorio y conectar estas cadenas de ADN a varias proteínas que queríamos poder controlar”, dijo la autora del estudio Rebecca P. Chen, estudiante de doctorado en ingeniería química y biomolecular (sin relación con Wilfred Chen). Las hebras de ADN diseñadas a medida se encargaron a un fabricante mientras las proteínas se fabricaban y purificaban en el laboratorio. Luego, la proteína se unió al ADN para hacer conjugados proteína-ADN.

Luego, el grupo analizó los circuitos de ADN de la bacteria E. coli y las células humanas. Las proteínas diana se organizan, ensamblan y desensamblan de acuerdo con su diseño.

“Trabajos anteriores han demostrado cuán poderosa podría ser la nanotecnología del ADN, y sabemos cuán poderosas son las proteínas dentro de las células”, dijo Rebecca P. Chen. “Nos las arreglamos para unir a esos dos.”

 

Aplicaciones a la administración de medicamentos

El equipo también demostró que sus dispositivos lógicos de ADN podían activar un fármaco no tóxico contra el cáncer, la 5-fluorocitosina, en su forma quimioterapéutica tóxica, el 5-fluorouracilo. Los medicamentos contra el cáncer son inactivos hasta que se metabolizan en su forma terapéutica. En este caso, los científicos diseñaron circuitos de ADN que controlaban la actividad de una proteína que era responsable de la conversión del medicamento en su forma activa. El circuito de ADN y la actividad de la proteína fueron activados por entradas específicas de secuencia de ARN/ADN, mientras que en ausencia de dichas entradas el sistema permaneció “apagado”.

Para ello, los científicos basaron sus entradas de secuencia en el microARN, pequeñas moléculas de ARN que regulan la expresión génica celular. El microARN en las células cancerosas contiene anomalías que no se encontrarían en las células sanas. Por ejemplo, ciertos microARN están presentes en las células cancerosas pero ausentes en las células sanas. El grupo calculó cómo se deben organizar los nucleótidos para activar el medicamento contra el cáncer en presencia de microARN cancerígeno, pero permanecer inactivos y no tóxicos en un ambiente no cancerígeno donde el microARN está ausente. Cuando los microARNs de cáncer estaban presentes y eran capaces de activar el circuito de ADN, las células no podían crecer. Cuando el circuito se apagó, las células crecieron normalmente.

Esta tecnología podría tener amplias aplicaciones no sólo a otras enfermedades además del cáncer, sino también más allá del campo biomédico. Por ejemplo, el equipo de investigación demostró que su tecnología podía aplicarse a la producción de biocombustibles, utilizando su tecnología para guiar una cascada enzimática, una serie de reacciones químicas, para descomponer una fibra vegetal.

Usando la tecnología recientemente desarrollada, los investigadores podrían apuntar a cualquier secuencia de ADN de su elección y adjuntar y controlar cualquier proteína que quieran. Algún día, los investigadores podrían “conectar y reproducir” ADN programado en una variedad de células para tratar una variedad de enfermedades, dijo el autor del estudio Wilfred Chen, profesor Gore de Ingeniería Química.

“Esto se basa en un concepto muy simple, una combinación lógica, pero somos los primeros en hacerlo funcionar”, dijo. “Puede tratar una amplia gama de problemas, y eso lo hace muy intrigante.”

 

 

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Via
http://www.udel.edu/
Fuentes & Referencias
http://www.udel.edu/udaily/2018/march/dna-computing-wilfred-chen-rebecca-chen-nature-chemistry/http://dx.doi.org/10.1038/s41557-018-0016-9

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