Robôs de DNA projetados em minutos em vez de dias

Prévia do material em texto

1/4
Robôs de DNA projetados em minutos em vez de dias
Novo software permite que os pesquisadores criem estruturas complexas a partir do DNA, como braços
robóticos com garras e aviões de tamanho nanométrico.
Um nanodevice de braço robótico com garra que pode pegar itens menores. Iadade no estado de Ohio
Algum dia, os cientistas acreditam que minúsculos robôs baseados em DNA e outros nanodispositivos
fornecerão medicamentos dentro de nossos corpos, detectarão a presença de patógenos mortais e
ajudarão a fabricar eletrônicos cada vez menores. Os pesquisadores deram um grande passo em direção
a esse futuro, desenvolvendo uma nova ferramenta que pode projetar robôs de DNA muito mais
complexos e nanodispositivos do que nunca antes em uma fração do tempo.
Em um artigo publicado na Nature Materials, pesquisadores da Universidade Estadual de Ohio – liderada
pelo ex-aluno de doutorado em engenharia Chao-Min Huang – revelaram um novo software que eles
chamam de MagicDNA. O software ajuda os pesquisadores a projetar maneiras de pegar pequenos
filamentos de DNA e combiná-los em estruturas complexas com partes como rotores e dobradiças que
podem se mover e completar uma variedade de tarefas, incluindo a entrega de medicamentos.
Os pesquisadores têm feito isso por vários anos com ferramentas mais lentas com etapas manuais
tediosas, disse Carlos Castro, co-autor do estudo e professor associado de engenharia mecânica e
aeroespacial no estado de Ohio.
“Mas agora, os nanodispositivos que podem ter nos levado vários dias para o design antes agora levam
apenas alguns minutos”, disse Castro. E agora os pesquisadores podem fazer nanodispositivos muito
2/4
mais complexos e úteis.
“Anteriormente, poderíamos construir dispositivos com até seis componentes individuais e conectá-los
com juntas e dobradiças e tentar fazê-los executar movimentos complexos”, disse o co-autor do estudo
Hai-Jun Su, professor de engenharia mecânica e aeroespacial no estado de Ohio. “Com este software,
não é difícil fazer robôs ou outros dispositivos com mais de 20 componentes que são muito mais fáceis de
controlar. É um grande passo em nossa capacidade de projetar nanodispositivos que podem realizar as
ações complexas que queremos que eles façam.”
O software tem uma variedade de vantagens que ajudarão os cientistas a projetar nanodispositivos
melhores e mais úteis e – os pesquisadores esperam – encurtar o tempo antes de estarem no uso diário.
Uma vantagem é que ele permite que os pesquisadores realizem todo o design verdadeiramente em 3D.
Ferramentas de design anteriores só permitiam a criação em 2D, forçando os pesquisadores a mapear
suas criações em 3D. Isso significava que os designers não poderiam tornar seus dispositivos muito
complexos.
O software também permite que os projetistas construam estruturas de DNA “de baixo para cima” ou “de
baixo”. No design “inferior”, os pesquisadores pegam filamentos individuais de DNA e decidem como
organizá-los na estrutura que desejam, o que permite um controle fino sobre a estrutura e as propriedades
do dispositivo local. Mas eles também podem adotar uma abordagem “top down” onde eles decidem como
seu dispositivo geral precisa ser moldado geometricamente e, em seguida, automatizar como os
filamentos de DNA são colocados juntos. A combinação dos dois permite aumentar a complexidade da
geometria geral, mantendo um controle preciso sobre as propriedades individuais dos componentes, disse
Castro.
Outro elemento-chave do software é que ele permite simulações de como os dispositivos de DNA
projetados se moveriam e operariam no mundo real. “Como você torna essas estruturas mais complexas,
é difícil prever exatamente como elas serão e como elas vão se comportar”, disse Castro. “É fundamental
poder simular como nossos dispositivos realmente funcionarão. Caso contrário, perdemos muito tempo.”
Como demonstração da capacidade do software, a co-autora Anjelica Kucinic, estudante de doutorado em
engenharia química e biomolecular no estado de Ohio, liderou os pesquisadores na fabricação e
caracterização de muitas nanoestruturas projetadas pelo software.
Alguns dos dispositivos que eles criaram incluíam braços robóticos com garras que podem pegar itens
menores e uma estrutura de cem nanômetros que se parece com um avião que é 1000 vezes menor que
a largura de um cabelo humano.
3/4
Este avião de DNA é 1000 vezes menor que a largura de um cabelo humano.
A capacidade de criar nanodispositivos mais complexos significa que eles podem fazer coisas mais úteis e
até mesmo realizar várias tarefas com um dispositivo, disse Castro. Por exemplo, uma coisa é ter um robô
de DNA que, após a injeção na corrente sanguínea, pode detectar um certo patógeno. “Mas um dispositivo
mais complexo pode não apenas detectar que algo ruim está acontecendo, mas também pode reagir
liberando uma droga ou capturando o patógeno”, disse ele. “Queremos ser capazes de projetar robôs que
respondam de uma maneira particular a um estímulo ou movimento de uma certa maneira.”
Castro disse que espera que, nos próximos anos, o software MagicDNA seja usado em universidades e
outros laboratórios de pesquisa. Mas seu uso pode se expandir no futuro.
“Há mais e mais interesse comercial na nanotecnologia do DNA”, disse ele. “Acho que nos próximos cinco
a 10 anos começaremos a ver aplicações comerciais de nanodispositivos de DNA e estamos otimistas de
que esse software pode ajudar a impulsionar isso.”
Referência: Chao-Min Huang, et al., Engenharia integrada e projeto de construção de sistemas de DNA,
Materiais da Natureza (2021). DOI: 10.1038/s41563-021-00978-5
Comunicado de imprensa fornecido pela Ohio State University
ASN WeeklyTradução
Inscreva-se para receber nossa newsletter semanal e receba as últimas notícias científicas diretamente na
sua caixa de entrada.
ASN WeeklyTradução
Inscreva-se no nosso boletim informativo semanal e receba as últimas notícias científicas.
https://www.nature.com/articles/s41563-021-00978-5
https://news.osu.edu/dna-robots-designed-in-minutes-instead-of-days
4/4