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Pesquisadores da Universidade de Tohoku e da Universidade de Kyoto desenvolveram com sucesso um controlador molecular baseado em DNA que dirige autonomamente a montagem e desmontagem de robôs moleculares. Esta tecnologia pioneira marca um passo significativo em direção a sistemas moleculares autônomos avançados com aplicações potenciais em medicina e nanotecnologia.
“Nosso controlador molecular recém-desenvolvido, composto de moléculas de DNA e enzimas projetadas artificialmente, coexiste com robôs moleculares e os controla produzindo moléculas de DNA específicas”, ressalta Shin-ichiro M. Nomura, professor associado da Escola de Pós-Graduação em Engenharia e Engenharia da Universidade de Tohoku. coautor do estudo. “Isso permite que os robôs moleculares se montem e desmontem automaticamente, sem a necessidade de manipulação externa”.
Essa operação autônoma é um avanço crucial, pois permite que os robôs moleculares executem tarefas em ambientes onde os sinais externos não conseguem chegar.
Além de Nomura, a equipe de pesquisa incluiu Ibuki Kawamata (professor associado da Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Kyoto), Kohei Nishiyama (aluno de pós-graduação da Universidade Johannes Gutenberg em Mainz) e Akira Kakugo (professor da Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Kyoto). ).
A investigação sobre robôs moleculares, concebidos para auxiliar no tratamento e diagnóstico de doenças, funcionando tanto dentro como fora do corpo, está a ganhar atenção significativa. Pesquisas anteriores de Kakugo e colegas desenvolveram robôs moleculares do tipo enxame que se movem individualmente. Esses robôs poderiam ser montados e desmontados como um grupo através de manipulação externa. Mas graças ao controlador molecular construído, os robôs podem montar-se e desmontar-se de acordo com uma sequência programada.
O controlador molecular inicia o processo emitindo um sinal específico de DNA equivalente ao comando “montar”. Os microtúbulos na mesma solução, modificados com DNA e impulsionados por motores moleculares de cinesina, recebem o sinal de DNA, alinham sua direção de movimento e se reúnem automaticamente em uma estrutura agrupada. Posteriormente, o controlador emite um sinal de “desmontagem”, fazendo com que os feixes de microtúbulos se desmontem automaticamente. Esta mudança dinâmica foi conseguida através do controle preciso do circuito molecular, que funciona como um processador de sinais altamente sofisticado. Além disso, o controlador molecular coexiste com robôs moleculares, eliminando a necessidade de manipulação externa.
Espera-se que o avanço desta tecnologia contribua para o desenvolvimento de sistemas moleculares autônomos mais complexos e avançados. Como resultado, os robôs moleculares podem realizar tarefas que não podem ser realizadas sozinhos, reunindo-se de acordo com comandos e depois dispersando-se para explorar alvos. Além disso, esta pesquisa ampliou as condições de atividade dos robôs moleculares, integrando diferentes grupos moleculares, como o sistema de circuito do DNA e o sistema operacional da proteína motora.
“Ao desenvolver o controlador molecular e combiná-lo com circuitos de DNA cada vez mais sofisticados e precisos, dispositivos de amplificação de informações moleculares e tecnologias de design biomolecular, esperamos que robôs moleculares de enxame processem automaticamente uma gama mais diversificada de informações biomoleculares”, acrescenta Nomura. “Este avanço pode levar à realização de tecnologias inovadoras em nanotecnologia e na área médica, como nanomáquinas para reconhecimento e diagnóstico molecular in-situ ou sistemas inteligentes de administração de medicamentos.”
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