Diseñan nuevos materiales inteligentes programables gracias al CRISPR

Un equipo de investigación del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de Harvard (Estados Unidos) y del Massachusetts Institute of Technology (MIT) han desarrollado un nuevo tipo de materiales 'inteligentes' que responden a estímulos gracias al uso de CRIPSR/Cas.

Tras la activación mediante estímulos específicos de ADN naturales o definidos por el usuario, una enzima CRISPR/Cas permite que una variedad de materiales inteligentes liberen carga ligada, como tintes fluorescentes y enzimas activas, cambien sus estructuras para desplegar nanopartículas encapsuladas y células vivas, o regulen los circuitos eléctricos, convirtiendo así las señales biológicas en señales eléctricas.

El sistema CRISPR-Cas se ha convertido en la herramienta de referencia para los investigadores que estudian genes en una lista cada vez mayor de organismos, y se está utilizando para desarrollar nuevas terapias génicas que potencialmente pueden corregir un defecto en una posición de un solo nucleótido de los vastos alcances del genoma. También se está aprovechando en los enfoques diagnósticos en curso para la detección de patógenos y mutaciones que causan enfermedades en los pacientes.

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"Incorporamos secuencias de ADN objetivo de una sola cadena en materiales poliméricos"

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"Nuestro estudio muestra que el poder de la CRISPR puede ser aprovechado fuera del laboratorio para controlar el comportamiento de los materiales que responden al ADN. Desarrollamos una gama de materiales con capacidades muy diferentes que resaltan la amplitud de aplicaciones que permiten los materiales inteligentes programables que responden a CRISPR", explica James Collins, el líder del estudio, que se ha publicado en la revista 'Science'.

Relevancia

CRISPR/Cas ha ganado fama por su capacidad de cortar y reparar la doble cadena de ADN con precisión quirúrgica. En este estudio, el equipo aprovechó una variante de la enzima Cas conocida como Cas12a de una bacteria 'Lachnospiraceae' que tiene la misma capacidad de reconocer y cortar secuencias específicas de ADN, pero que, activada por este evento continúa con el ADN no específico de una sola cadena en su vecindad a una velocidad de aproximadamente 1.250 renovaciones por segundo.

"Incorporamos secuencias de ADN objetivo de una sola cadena en materiales poliméricos, ya sea como anclajes para cargas colgantes o como elementos estructurales que mantienen la integridad básica de los materiales y pueden controlar diferentes comportamientos de los materiales simplemente proporcionando a Cas12a junto con un ARNg específico como estímulo", asegura otro de los autores, Max English.

El equipo investigó su enfoque para provocar cambios estructurales en los hidrogeles de poliacrilamida (PA) que encapsulaban nanopartículas y células vivas. "En este caso, utilizamos secuencias de objetivos Cas12a para entrecruzar los filamentos de PA entre sí y así funcionar como elementos estructurales. La eliminación de los reticulantes mediante la activación de la actividad de Cas12a estimula los cambios mecánicos en toda la matriz de gel, lo que permitió la liberación de nanopartículas de oro y células primarias humanas", señala Raphael Gayet, otro de los autores.

Por otra parte, diseñaron materiales inteligentes sensibles a CRISPR que pueden actuar como fusibles eléctricos y válvulas controlables que regulan el paso de fluidos. "El material por sí mismo permitió que una corriente eléctrica corriera entre los electrodos. Sin embargo, cuando desencadenamos la degradación del ADN incrustado dependiente de Cas12a, el material se interrumpió y la corriente se interrumpió", apunta el coautor Nicolaas Angenent-Mari.