Regulación de expresión de genes a nivel transcripcional utilizando Nanotecnología

   La transcripción genética es el primer paso en la expresión de un gen, en este proceso una secuencia de ADN es copiada a ARN mensajero, este último contiene la información asociada a la proteína que se formara en la etapa siguiente (traducción). Para que ocurra el proceso de transcripción de un gen, es necesario la acción de una enzima llamada ARN Polimerasa y de unas proteínas denominadas Factores de Transcripción, estos últimos actúan como interruptores genéticos, regulando la expresión de un gen, esto lo logran uniéndose a  regiones determinadas del ADN, ARN Polimerasa, o bien a otros factores de transcripción.

   En una reciente publicación,  investigadores describen el desarrollo de una asociación de Nanopartículas de oro con péptidos que funciona como Factor de transcripción al que llamaron “NanoScript”, éste es capaz de atravesar la membrana nuclear e interactuar directamente con el ADN, para ello posee dominios específicos que le permiten la interacción, en el presente estudio NanoScript logró aumentar mas de 15 veces la la transcripción de un plásmido reportero.

  Esta investigación tiene gran relevancia, ya que estos factores de transcripción artificiales, podrían ser utilizados para reprogramación celular o diferenciación de células madres, actualmente para regular expresión de genes, se utilizan vectores virales, sin embargo, esta metodología conlleva riesgos como la formación de células cancerígenas, por lo que esta nueva metodología, entrega nuevas perspectivas en el campo de la programación de células madres. A continuación un esquema que muestra el mecanismo del NanoScript en la regulación génica.

Nanopartícula factor de transcripción

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Secuenciación de largas secuencias de ADN a través de Nanoporos

  La secuenciación de ADN es un conjunto de técnicas que permiten determinar el orden exacto en que se enlazan los nucleótidos (A,T,C,G) en una secuencia de ADN, que puede ser un gen, un genoma, o parte de ellos, ésta información es útil en múltiples áreas, como el diagnóstico de enfermedades genéticas, mutaciones, identificación inequívoca de personas y especies en general. Existen principalmente 3 métodos de secuenciación: Método de  Maxam Gilbert (método químico), método de Sanger (método enzimático), y pirosecuenciación, actualmente están en desarrollo modernos métodos, como el de secuenciación a través de nanoporos, este método consiste en hacer pasar una cadena de ADN a través de un nanoporo incrustado en una membrana lipídica, en el que se aplica una diferencia de potencial a ambos lados de la membrana, y en el que hay iones fluyendo a través del poro,  de tal forma que a medida que la cadena de ADN atraviesa el poro,  este genera un bloqueo del movimiento de iones, modificando por ende la corriente iónica que será de diferente magnitud dependiendo de la base que esté pasando en ese momento, éste método tiene la ventaja de ser rápido, económico y  fácil de implementar.

En un estudio reciente publicado en la revista Nature, investigadores de la Universidad de Washington  han logrado secuenciar por primera vez, largas secuencias de ADN de una vez, en el orden de miles de pares de bases, para ello utilizaron como nanoporo a una proteína llamada Mycobacterium smegmatis porin A (MspA), que se encuentra normalmente en bacterias,  dado su bajo costo y rapidez del método, se espera que en el futuro, sea utilizado masivamente como técnica de rutina en centros de salud para el diagnóstico de enfermedades genéticas.

Secuenciación ADN nanoporo

ADN en verde, Nanoporo en rojo y membrana lipídica en cyan

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Nanoliposomas de liberación prolongada para tratar el Glaucoma

Liposomas

Liposoma en azul, moléculas de fármaco en rojo

    Glaucoma es una enfermedad ocular que constituye la primera causa de ceguera irreversible en el mundo, y es causada por un aumento de la presión intraocular, esto debido a  defectos en el sistema de drenaje del humor acuoso que hace que este se acumule en la cámara anterior del ojo, provocando un aumento de presión intraocular que conlleva al daño del nervio óptico lo que causa ceguera.

 Actualmente se trata con gotas que ayudan a mejorar el drenaje, o bien disminuir la cantidad de líquido que el ojo produce, sin embargo, es sabido que existe una dificultad en la adherencia al tratamiento por parte de los pacientes, en este contexto investigadores de Singapur, han desarrollado un sistema nanotransportador-fármaco, en concreto un sistema basado en liposomas que contienen en su interior el fármaco Latanaprost, y que liberan el fármaco lentamente durante 3 a 4 meses, evitando así que el paciente tenga que aplicarse las gotas a diario, minimizando de esta forma los efectos secundarios, actualmente el Latanoprost liposomal se encuentra en los últimos ensayos clínicos en vías de su comercialización.

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Crean Nanopartícula bactericida que no genera resistencia bacteriana

 nanopartículas resistencia bacteriana La resistencia bacteriana es la capacidad que tienen las bacterias de soportar los efectos de los antibióticos destinados a eliminarlas, esta resistencia se produce por selección natural, a través de mutaciones que son transferidas horizontalmente a otras bacterias por intercambio de plásmidos, la resistencia bacteriana es actualmente uno de los problemas mas graves de salud pública ya que en las últimas décadas la mayoría de especies patógenas han desarrollado resistencia a uno o mas antibióticos, en este contexto investigadores mexicanos, han desarrollado recientemente una nanopartícula capaz de eliminar microorganismos como bacterias, virus, hongos, a través de un mecanismo que destruye directamente las cadenas de ADN y ARN, por lo tanto impide que los microorganismos recopilen información de la funcionalidad de la nanopartícula y por ende no pueden generar resistencia, por otro lado no afecta al ADN de células humanas lo que lo hace seguro, actualmente estas nanopartículas se comercializan como parte de una nueva línea de productos desinfectantes basados en nanotecnología.

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Nanomotor magnético en sangre humana

 La idea de pequeños nanorobots viajando a través de fluidos biológicos como la sangre, es uno de los desafíos mas fascinantes de la nanotecnología, principalmente por sus potenciales aplicaciones en el área biomédica, en una investigación reciente, un grupo de investigadores indios, han logrado desarrollar por primera vez un nanomotor (Nanopropeller), capaz de viajar a través de sangre humana controlado magneticamente desde el exterior, investigaciones anteriores solo habían logrado propulsar un nanomotor en agua desionizada o suero, o bien en sangre, pero en presencia de Peróxido de Hidrógeno o hidrazina (utilizados como combustible) que resultan tóxicos para un ser vivo, este nanomotor es no invasivo y no requiere combustible, su diseño tiene forma de hélice construida a partir de SiO2 y recubierta por un material magnético (Ej: Fe, Co),  estas hélices tuvieron que generar un empuje lo suficientemente grande para superar la fuerza de arrastre generada por las células sanguíneas.

  Estos nanomotores podrían tener interesantes aplicaciones en nanomedicina, como por ejemplo, el transporte de fármacos específicos para el cáncer hacia las proximidades del tejido canceroso, con el fin de liberarlos y destruir en forma selectiva las células cancerígenas. A continuación un vídeo en donde se visualiza el nanomotor viajando a través de una muestra de sangre humana diluida.

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Cargador ultra rápido para batería de celular basado en Nanotecnología

  La Start-up StoreDot, del  departamento de Nanotecnología de la Universidad de Tel Aviv Israel, ha presentado recientemente en la conferencia Think next de Microsoft, un prototipo revolucionario que promete cargar la batería de un celular en sólo segundos,  este cargador esta basado en semiconductores construidos a partir de péptidos, estos últimos estructurados por aminoácidos que son las unidades constituyentes de las proteínas, en este prototipo, los péptidos se autoensamblan espontáneamente creando estructuras nanometricas llamadas puntos cuánticos que poseen interesantes propiedades piezoeléctricas, actualmente este prototipo tiene un tamaño  de un cargador de Portátil, sin embargo, sus creadores están trabajando para reducir su tamaño, se espera su comercialización para el año 2016. A continuación un vídeo en donde se muestra la carga de una batería de un Smartphone Samsung Galaxy S4 desde 0 hasta 100% en solo 30 segundos.

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Nanorobot transportador con compuerta conmutable basado en Nanotecnología con ADN

  El ADN es la  molécula portadora de la información genética, pero también puede ser utilizada en nanotecnología como un material de construcción (nanomaterial), para el diseño de nanoestructuras a la medida, este campo se conoce como Nanotecnología con ADN, y uno de los métodos principales, es el  Origami con ADN, en éste método el ADN se pliega en 3D programadamente, para generar nanoestructuras de interés, que pueden tener múltiples aplicaciones tecnológicas, como por ejemplo, el diseño de nanorobots (nanobots).

 En este contexto investigadores italianos en una publicación reciente, describen el diseño de un nanorobot, específicamente un nanocontenedor con un colgajo conmutable (puerta)  que se abre o cierra, a través de un innovador mecanismo basado en hibridación de cadenas de ADN, previo a algún estímulo molecular programado, este estudio es importante, ya que podría tener aplicaciones en la liberación de drogas controlada, bajo alguna señal molecular determinada, esto seria útil  por ejemplo en el Cáncer, para destruir en forma selectiva a células cancerosas, y así no dañar las sanas, a continuación un esquema del modelo de nanobot diseñado utilizando origami con ADN.

nanorobot nanobot nanotecnología adn

Esquema de Nanobot fabricado con origami con ADN(color morado), donde se visualiza la secuencia de apertura de compuerta por hibridación de ADN

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