Nanorrobots para un mundo perfecto.

(Los acentos fueron obviados por cuestiones tecnicas)

Dos equipos cientificos desarrollan diminutos automatas de ADN, capaces de desplazarse y fabricar compuestos quimicos, con el objetivo de introducirlos en el cuerpo humano para curar enfermedades.

Los robots del futuro seran casi invisibles y estaran hechos del mismo material que llevan dentro todos los seres vivos. Asi lo creen investigadores de EEUU, Europa y Asia que llevan años usando fragmentos de ADN para construir circuitos, programar instrucciones y ensamblar robots millones de veces mas pequeñosque la cabeza de un alfiler. Sus objetivos no pueden ser mas ambiciosos. Quieren crear factorias de medicamentos diminutas, androides capaces de reconocer celulas enfermas y aniquilarlas o construir una nueva generacion de chips organicos que multiplicarian la potencia de los ordenadores y reducirian su tamaño. Aunque tal vez no vivan para ver ese futuro, dos de los mejores equipos en esta especialidad acaban de dar un paso de gigante.

Uno ha construido una araña de unos 15 nanometros (cada nanometro es una millonesima de milimetro) capaz de andar y girar respondiendo a las ordenes de sus creadores. El otro grupo ha creado una especie de factoria de nanomaquinas capaces de fabricar hasta ocho compuestos quimicos diferentes. El complejo ocupa una extension de 10.000 nanometros cuadrados. Ambos ingenios usan las cuatro letras del ADN para programar a sus automatas.

"La historia de nuestra especie puede describirse a traves de nuestros materiales, empezando por el uso de las pieles y avanzando hasta la llegada de chips y organos artificiales", explica a Publico Ned Seeman, investigador de la Universidad de Nueva York y padre de la factoria nanometrica.

A principios de la decada de 1980, Seeman fue el primero en usar pequeños fragmentos de ADN para construir una red que atrapase ciertas moleculas y facilitase su observacion en el microscopio. Habia creado la nanotecnologia de ADN, un campo que ha experimentado una rapidisima expansion desde entonces. "Hace una decada eramos los unicos haciendo esto, y ahora hay al menos 60 equipos en todo el mundo", explica Seeman.

Uno de ellos es el de Milan Stojanovic, el creador de las arañas de ADN. El ultimo ingenio de este investigador de la Universidad de Columbia acaba de pulverizar el record de distancia logrado por un nanorrobot. Si hace unos años Seeman dio la campanada con un robot capaz de dar hasta dos pasos, la araña de Stojanovic ha logrado dar 50, cubriendo una distancia de cien nanometros. Pero lo que es mas importante es que su araña fue justo donde su creador le habia dicho que fuera.

"Estamos al comienzo de una carrera muy larga", explica Stojanovic. El final, que no llegara antes de varias decadas, podria acabar en un futuro inquietante. "Moleculas similares a nuestras arañas podrian dictar reglas desde la superficie de las celulas, cambiar su estado y decidir si eliminarlas o no", explica.

El otro gran potencial es crear una nueva generacion de ordenadores. Mientras los chips actuales estan muy cerca de su limite de miniaturizacion, el ADN podria reducir drasticamente el tamaño de los circuitos del futuro. "En un futuro cercano, algunas partes de los circuitos se podran fabricar a partir de biomoleculas", señala en su web Ramon Eritja, un cientifico del Instituto de Investigacion Biomedica de Barcelona que lidera un grupo especializado en estudiar circuitos moleculares.

Desde India a California, muchos otros equipos trabajan en la misma direccion. El campo es tan nuevo que nadie tiene muy claro hasta donde puede llegar. Pero todos los expertos coinciden en que el potencial es inmenso.

"Estos equipos han conseguido crear moleculas nuevas capaces de moverse de forma controlada", explica Lloyd Smith, que investiga computacion de ADN en la Universidad de Michigan. "Hace 15 años, cualquiera hubiera pensado que era imposible", añade.

El fundamento es sencillo. En lugar de usar un lenguaje binario de unos y ceros, los investigadores usan la guanina, citosina, timina y adenina que componen los cuatro ladrillos basicos de los genes.

"El ADN es uno de los pocos materiales conocidos cuyo comportamiento podemos predecir al detalle", explica Smith. Eso lo convierte en un potente lenguaje con el que crear androides que sepan que hacer en cada momento o circuitos capaces de reorganizarse y funcionar como una especie de google organico, señala.

Los dos pasos claves en este camino han sido la creacion de los primeros robots andantes y su contrapartida estatica, llamada origami de ADN, por el arte japones de hacer figuras de papel. Se trata de una superficie de ADN en la que, en lugar de dobles helices, hay tiras simples. Desde el descubrimiento de esta doble helice se sabe que la adenina (A) siempre se une a la timina (T) y que la guanina (G) se pega a la citosina (C). En 2006, el investigador Paul Rothemund, del Instituto Tecnologico de California demostro como crear estas planchas con tiras simples de ADN para que adopten cualquier forma deseada por sus creadores. Para demostrarlo creo un origami con la forma de America y otro con una cara sonriente. Las briznas de ADN de estos origamis componen una senda perfecta para que se muevan sobre ella los robots, cuyas patas estan hechas de tiras complementarias a esas briznas.

Paso a paso.

La nanoaraña de Stojanovic, descrita en el ultimo numero de Nature, tiene una sola proteina por cuerpo y cuatro patas de ADN. La primera le sirve para anclarse en el origami antes de dar el primer paso, y las otras tres le sirven para andar. El proceso esta alimentado por la atraccion natural de las tiras complementarias de ADN.

Primero, cada pata se une a su media naranja en la plancha de origami. Despues, las enzimas que contienen cortan las uniones y las liberan. Luego buscan la proxima union complementaria haciendo moverse al ingenio. Como los investigadores deciden donde colocar cada brizna en la alfombra de origami, pueden controlar los movimientos de su criatura al detalle. Para hacerla parar colocan una brizna de ADN cuyas uniones no se pueden cortar.

"Por ahora no hay ninguna aplicacion para estos robots, pero tenemos muchas esperanzas de que su capacidad para leer y escribir sobre estructuras sirva para reparar tejidos o construir nuevos aparatos electronicos", explica Stojanovic.

La fabrica de Seeman necesita un componente mas. Ademas de un robot andador y una alfombra de origami, incorpora cuatro maquinas de ADN. Cada una de ellas contiene dos tipos de nanoparticulas de oro. Aunque no tienen patas, son capaces de rotar sobre ellas mismas. A su vez, el andador puede alcanzar cada uno de esos almacenes dando dos pasos. Para gobernarla, Seeman y su equipo añaden tiras complementarias de ADN al sistema, para hacer que cada almacen gire en la direccion correcta y aporte su carga al robot andador. El resultado es una factoria capaz de fabricar hasta ocho compuestos diferentes.

"Nos llevo unos tres años desarrollar todo el sistema", explica Seeman. "Ahora que sabemos como hacerlo, hasta un estudiante sin experiencia podria realizarlo en tres meses", añade.

"Han conseguido demostrar que este proceso es programable y que puedes decidir que compuesto quieres fabricar", explica Paul Rothemund, inventor del origami de ADN. "Hemos demostrado como construir una fabrica para construir un coche", explica Seeman. "Ahora queremos hacer muchos mas coches con la misma fabrica", añade.

Unidad de diagnostico.

El experto señala que lograr aumentar el tamaño de sus fabricas para que sean capaces de crear moleculas mas grandes y hacer que funcionen es algo que esta aun muy lejos. "Si lo conseguimos, podriamos crear una fabrica con su propio sistema diagnostico de manera que pudiese detectar zonas dañadas y tratarlas al instante", explica. Si logran hacerlos funcionar como quieren, los investigadores se enfrentaran a un reto aun mayor: el cuerpo humano. Cualquier robot de este tipo seria "devorado" por el sistema inmunitario, predice Smith. "En ultimo termino, el objetivo es construir cosas tan complejas como una celula con todos sus pequeños componentes que han sido programados para fabricar diferentes compuestos", aventura Rothemund.

La mayoria de expertos en este campo es reticente a ponerle fecha a ese futuro de robots y circuitos organicos. Segun Stojanovic, los primeros robots mas elementales podrian llegar en una decada. "Estamos hablando de aplicaciones tipo Star Trek, asi que es posible que yo no llegue a ver funcionar los mas complicados", confiesa.

Su existencia tambien plantea dilemas eticos. Si estos robots estan hechos de ADN, ¿deberian ser considerados seres vivos? "Segun mi definicion solo esta vivo lo que se puede replicar", explica Lloyd. Estos robots no lo hacen, por ahora.

"Crearemos circuitos mas rapidos"

Los expertos que trabajan con nanoestructuras de ADN quieren crear una nueva generacion de chips. Su receta es un 50% de silicio, el compuesto usado normalmente, y un 50% de ADN. "Nuestro objetivo es usar estructuras tridimensionales de ADN para crear circuitos mas pequeños y potentes que los electronicos", explica Paul Rothemund, del Instituto Tecnologico de California. Para ello, usan capas de ADN llamadas origamis. Se les puede dar cualquier forma deseada y su funcionamiento quimico podria emular el de un circuito. El problema es que, por ahora, los investigadores no han logrado fijar el ADN en silicio. "Cada vez que lo pones encima, la estructura se desbarata como una baraja de cartas", señala el experto. Su equipo, que trabaja en colaboracion con IBM, esta ahora probando unos "parches pegajosos" con los que ha conseguido fijar el ADN. Ahora intentaran conectarlos en linea para crear algo que funcione como un circuito convencional, pero a escala nanometrica.

Autor: Nuño Dominguez

Fuente: FECYT.ES