Avances en la interacción entre nanoporos de ADN y membranas lipídicas
Investigadores del Instituto de Ciencia de Tokio han realizado un avance significativo en la comprensión de las interacciones entre nanoporos de ADN (DNPs) y membranas lipídicas, esenciales en aplicaciones biomédicas como la entrega de fármacos y la creación de células artificiales. Este estudio, publicado en la revista Nanoscale el 15 de abril de 2025, utiliza la técnica de microbalanza de cristal de cuarzo con monitoreo de disipación de energía (QCM-D) para analizar cómo estos nanoporos se integran en las membranas lipídicas y cómo sus propiedades mecánicas cambian a lo largo del tiempo.
Las membranas lipídicas, que forman la capa exterior de las células, pueden ser modificadas para influir en sus funciones. Por ejemplo, al ajustar su permeabilidad, se puede mejorar la entrega de medicamentos. Además, la inclusión de moléculas de señalización en la superficie de la membrana puede dirigir los fármacos a tejidos específicos, aumentando la precisión del tratamiento.
En este trabajo, liderado por el profesor asociado Tomohiro Hayashi y su equipo, se estudiaron dos tipos de DNPs: uno con un solo ancla de colesterol (DNP-1C) y otro con tres anclas de colesterol (DNP-3C). Los investigadores modelaron membranas de baja curvatura similares a las que se encuentran en vesículas unilamelares gigantes (GUVs), utilizando bilayers lipídicas soportadas en óxido de silicio y superficies recubiertas de polietilenglicol (PEG).
Al introducir los DNPs en el sustrato, los investigadores observaron que ambos tipos se unieron rápidamente a la membrana, pero su comportamiento a largo plazo fue notablemente diferente. Mientras que el DNP-1C formó una capa blanda y estable que permaneció sin cambios con el tiempo, el DNP-3C se agrupó gradualmente en una estructura más densa y rígida, integrándose lentamente en la bicapa lipídica.
Este estudio destaca la importancia de las anclas de colesterol, que permiten que los DNPs se inserten en el núcleo hidrofóbico de la membrana lipídica, alterando así sus propiedades. A través de la medición de la viscosidad de las capas adsorbidas, el equipo encontró que el DNP-3C continúa integrándose en las membranas lipídicas durante más de diez horas. Se propone que las anclas de colesterol no insertadas de los DNPs anclados pueden interactuar con DNPs libres, lo que favorece la formación de agrupaciones y una integración sostenida en la capa lipídica.
Los resultados también indican que el sustrato de soporte influye en la dinámica de interacción. Las bilayers lipídicas soportadas por PEG facilitaron una incorporación más rápida de DNP-3C en comparación con las bilayers sobre el SiO2 desnudo, donde la superficie cargada negativamente y la proximidad más cercana a la membrana inhibieron dicha integración.
Los hallazgos de este estudio son cruciales para el diseño y la aplicación de nanostructuras de ADN en la biotecnología. Según el Dr. Hayashi, «nuestra investigación es fundamental para entender las nanostructuras de ADN que interactúan con las membranas. Creemos que acelerará la investigación en nanotecnología de ADN, llevando al desarrollo de estructuras más efectivas que interactúan con las membranas».
Con la técnica QCM-D proporcionando nuevos conocimientos, la comunidad científica se acerca cada vez más al diseño de nanostructuras de ADN para aplicaciones biomédicas innovadoras, como células artificiales y sensores moleculares, abriendo un nuevo abanico de posibilidades en la investigación y el desarrollo de tratamientos más efectivos.
