Justin Hill, Philip Rosenberg, Ronit Freeman / UNC
Visualização das “flores de ADN” microscópicas criadas por Ronit Freeman no Laboratório Freeman da UNC
Parecem pequenas flores, curvando-se e desdobrando-se com as alterações à sua volta. Mas na realidade são robôs microscópicos feitos de ADN e metal que se movem em resposta ao seu ambiente — e que imitam a vida.
Num novo estudo, apresentado num artigo publicado na segunda-feira Nature Nanotechnology, uma equipa de investigadores da Universidade da Carolina do Norte (UNC) criou “flores de ADN” — minúsculos cristais híbridos capazes de mudar de forma em segundos.
Os investigadores entrelaçaram cadeias de ADN com fosfato de cobalto, para construir cada flor, o que lhes confere a capacidade de se dobrar, encolher e abrir quando a acidez do meio se altera.
Os organismos vivos estão constantemente a remodelar-se: as nossas moléculas montam-se e desmontam-se para se adaptarem a condições em mudança, explica o ZME Science.
Baseando-se nesta ideia, os investigadores da UNC propuseram-se construir materiais capazes de imitar esta capacidade. Essencialmente, pretendiam usar ADN para criar estruturas que respondessem ao seu ambiente sem necessidade de motores ou controlos electrónicos.
Utilizando uma enzima chamada transferase desoxinucleotidílica terminal, a equipa uniu longas cadeias de ADN na presença de iões de cobalto.
À medida que o ADN crescia, co-cristalizou com pirofosfato de cobalto, formando estruturas tridimensionais semelhantes a flores. O processo, notavelmente, ocorreu num único balão de Erlenmeyer — o tipo de frasco que os cientistas usam para misturar reagentes.
O ADN no interior de cada flor funciona como um sistema de controlo incorporado. Em condições normais, as pétalas mantêm-se abertas. Mas quando o ambiente se torna mais ácido, partes do ADN dobram-se em formas especiais de quatro cadeias chamadas i-motifs, que fazem com que as pétalas se fechem.
Quando o ambiente regressa ao normal, as pétalas voltam a abrir-se. Esta abertura e fecho pode acontecer muitas vezes sem danificar a estrutura.
“Seria extraordinário conseguirmos desenvolver cápsulas inteligentes que ativassem automaticamente medicação quando detetam doença e parassem quando esta está curada”, explica Ronit Freeman, diretora do Freeman Lab na UNC e autora sénior do estudo, num comunicado publicado no EurekAlert. “Em princípio, isto poderia ser possível com os nossos materiais que mudam de forma”.
“No futuro, flores que mudam de forma, ingeríveis ou implantáveis, poderiam ser concebidas para administrar uma dose dirigida de medicamentos, realizar uma biópsia ou desobstruir um coágulo sanguíneo”, conclui.
Sob o microscópio, as nanoflores são notavelmente dinâmicas. Quando o pH circundante se altera, as pétalas encolhem para quase metade do seu tamanho em menos de um minuto, expandindo-se novamente quando as condições se normalizam.
Alterando a sequência e a estratificação dos blocos de ADN, a equipa conseguiu programar diferentes tipos de movimento — encolhimento, curvatura ou ambos.
Por exemplo, flores feitas de camadas alternadas de ADN de timina inerte (blocos T) e ADN de citosina reactivo (blocos C) dobravam as suas pétalas como botões que se fecham. Outras feitas na ordem inversa simplesmente contraíam-se para dentro.
Os investigadores construíram ainda versões de três blocos que combinavam ambos os movimentos simultaneamente.
“Inspiramo-nos nos desenhos da natureza, como flores que desabrocham ou tecido que cresce, e traduzimo-los em tecnologia que um dia poderá pensar, mover-se e adaptar-se por si própria”, detalhou Freeman.
Essa precisão permite que os cristais funcionem como máquinas minúsculas, capazes de transformar alterações químicas em movimento. Modelos computacionais revelaram que os cientistas podem ajustar e controlar o seu movimento tal como um sistema mecânico.
A tecnologia ainda está na sua infância, mas as suas implicações são imensas.
Os investigadores vislumbram versões ingeríveis ou implantáveis que poderiam detetar marcadores de doença e libertar medicamentos com precisão — exatamente onde necessário. Por exemplo, os tumores cancerígenos criam um ambiente ácido, pelo que isto poderia levar a terapias dirigidas.
Outra aplicação é a limpeza de água poluída. As flores podem funcionar como filtros microscópicos que se ativam apenas quando estão presentes toxinas.
As flores de ADN não estão vivas, mas apontam para um futuro onde a linha entre biologia e máquinas se torna cada vez mais ténue.
