Cos'è un robot DNA e come potrebbe cambiare la medicina?

Non commettere errori: il corpo umano è una zona di guerra. Inoltre, è moderno, combattuto non su un campo di battaglia in trasferta, ma proprio all'interno della città dilaniata dalla guerra che chiamiamo il corpo umano.

Certo, le forze difensive del nostro corpo fanno la loro parte per tenere fuori la maggior parte degli invasori, ma il nemico ha violato i nostri cancelli molto tempo fa. Quindi la lotta per la salute continua dentro di noi, tra sistemi delicati e organi cruciali. I soldati del nostro sistema immunitario combattono spie virali, sabotatori cancerosi, terroristi batterici e macchine da guerra parassitarie.

La scienza moderna consente una buona dose di interferenza esterna. Come una superpotenza della Guerra Fredda che sostiene un regime assediato, spediamo le nostre armi farmaceutiche, apparecchiature di sorveglianza ad alta tecnologia e l'occasionale esplosione di energia radioattiva.

Eppure queste super armi sono spesso lontane dall'essere cliniche nella loro applicazione.

Sgancia una bomba su un isolato e potresti spazzare via i ribelli nemici, ma ucciderai anche civili innocenti e decimerai importanti infrastrutture. Danneggi proprio ciò che miri a proteggere.

Nel corpo, la situazione è spesso la stessa. Ad esempio, vogliamo salvare il corpo dalle devastazioni del cancro, ma la chemioterapia e le radioterapia danneggiano le cellule sane, oltre a quelle cancerose. Ciò di cui abbiamo bisogno è qualcosa in grado di effettuare attacchi micidiali e precisi a livello cellulare: un drone militare per pattugliare il nostro spazio interiore.

Quindi cosa caccerà le cellule cancerose nel nostro corpo e le porrà fine con il minimo danno collaterale? Avremo bisogno di un robot -- uno fatto di DNA (acido desossiribonucleico).

Come puoi vedere dall'illustrazione, il robot DNA non assomiglia molto a un tipico automa a secchiello di bulloni. Non ha né il fascino di un WALL-E né la micidiale simmetria di un drone Predator dell'aeronautica americana, ma c'è un'ottima ragione. Per costruire un robot su una scala così piccola, devi costruirlo da piccole cose. Il materiale prescelto in questa macchina è il DNA stesso.

Il DNA, ovviamente, è il modello per la maggior parte delle forme di vita organica. Il tuo aspetto, il modo in cui pensi, tutto è contenuto in un codice di basi chimiche. Ma il DNA è più di una semplice informazione. Poiché le sequenze complementari di DNA possono legarsi insieme, le singole molecole possono autoassemblarsi in forme e strutture complesse. Sviluppa una macchina con questa roba e trarrai vantaggio da un materiale da costruzione che è sia prontamente disponibile che autoassemblante. Salverai vite e risparmierai anche denaro per la ricerca e lo sviluppo.

Utilizzando un metodo chiamato DNA origami , i ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard hanno piegato filamenti di DNA sintetico in una gabbia a forma di botte di circa 35 nanometri di diametro [fonte: Katsnelson ]. Al contrario, una ciocca di capelli umani è larga solo 20.000 nanometri [fonte: EPA ].

Questa gabbia contiene fino a 12 molecole di carico utile al suo interno, come gli anticorpi che distruggono le cellule [fonte: Katsnelson ]. All'esterno, due aptameri impediscono alla gabbia di aprirsi e rilasciare il letale carico utile. Gli aptameri sono brevi filamenti di DNA con sequenze speciali per il riconoscimento di molecole specifiche. Pensa a loro come serrature che tengono chiuso il cestino.

Quando il robot DNA entra in contatto con la cellula cancerosa mirata, le serrature si aprono, la gabbia si apre e l'anticorpo distrugge la cellula bersaglio. Nel 2012, il team di ricerca del Wyss Institute ha riportato "quasi zero danni collaterali" dopo aver rilasciato i suoi bot su una miscela di cellule bersaglio e cellule astanti [fonte: Bachlet ].

La tecnologia promette di rivoluzionare l'assistenza sanitaria con farmaci intelligenti e mirati e nanomacchine ancora più complesse per sorvegliare le nostre viscere. Tuttavia, gli scienziati hanno una serie di ostacoli da superare mentre perfezionano i loro progetti di robot DNA.

Per cominciare, attualmente ci vogliono settimane per ripiegare complesse strutture del DNA. E se queste sacche di distruzione di dimensioni nanometriche devono portare a termine qualche lavoro, sarà d'aiuto se non le facciamo fuori un'ora dopo. I ricercatori stanno lavorando su modifiche per evitare che il bot colpisca i reni o il fegato prima che esegua il suo attacco alle cellule mirate.

Tuttavia, resta il fatto: stiamo costruendo minuscole armi robotiche per aiutare la guerra senza fine tra gli abitanti del tuo corpo e le infinite orde che si sforzano di conquistarlo. La tecnologia, come il futuro, è qui.

Ho dovuto sbattere una mano dietro la schiena per evitare di fare gli ovvi riferimenti "Fantastic Voyage" o "Innerspace" in questo articolo. In un certo senso, tuttavia, i film rendono la comprensione pubblica della nanotecnologia, in particolare la nanotecnologia medica, un disservizio. Le visioni di sottomarini miniaturizzati nel flusso sanguigno mostrano una vista dall'alto della nanotecnologia. In realtà, stiamo esaminando un sistema dal basso verso l'alto, in cui piccole macchine sono costruite con materiali minuscoli per svolgere il loro lavoro su una scala sempre minuscola. Non costruisci un sottomarino delle dimensioni del DNA; lo costruisci FUORI dal DNA.

Non ho potuto fare a meno di pensare al concetto di robot DNA in termini di un pacchetto regalo contenente una piccola bomba. Immagina questo pacco nel salotto di un mistero di omicidio in stile Agatha Christie. Si aprirà solo nelle mani di un assassino.

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