Ácido nucleico esférico
Los ácidos nucleicos esféricos (SNA) [1] son nanoestructuras que consisten en una disposición de ácidos nucleicos lineales altamente orientada y densamente empaquetada en una geometría esférica tridimensional . Esta nueva arquitectura tridimensional es responsable de muchas de las nuevas propiedades químicas, biológicas y físicas del SNA que lo hacen útil en biomedicina y síntesis de materiales. Los SNA fueron introducidos por primera vez en 1996 [2] por el grupo de Chad Mirkin en la Universidad Northwestern .
La estructura del SNA generalmente consta de dos componentes: un núcleo de nanopartículas y una capa de ácido nucleico . La capa de ácido nucleico está formada por oligonucleótidos sintéticos cortos terminados con un grupo funcional que se puede utilizar para unirlos al núcleo de nanopartículas. La densa carga de ácidos nucleicos en la superficie de la partícula da como resultado una orientación radial característica alrededor del núcleo de la nanopartícula, lo que minimiza la repulsión entre los oligonucleótidos cargados negativamente. [3]
El primer SNA consistió en un núcleo de nanopartículas de oro con una capa densa de cadenas de ADN terminadas en 3 'alcanotiol . [2] Se utilizaron adiciones repetidas de contraiones de sal para reducir la repulsión electrostática entre las hebras de ADN y permitir un empaquetamiento de ADN más eficiente en la superficie de la nanopartícula. Desde entonces, la plata , [4] óxido de hierro , [5] sílice , [6] y materiales semiconductores [7] también se han utilizado como núcleos inorgánicos para SNA. Otros materiales centrales con mayor biocompatibilidad, como nanopartículas de polímero PLGA aprobadas por la FDA , [8] micelas , [9] liposomas , [10] y las proteínas [11] también se han utilizado para preparar SNAs. Se han creado versiones monocatenarias y bicatenarias de estos materiales utilizando, por ejemplo, ADN, LNA y ARN .
Las formas unidimensionales y bidimensionales de ácidos nucleicos (p. Ej., Hebras simples, dúplex lineales y plásmidos ) (Fig. 1) son una maquinaria biológica importante para el almacenamiento y transmisión de información genética . La especificidad de las interacciones del ADN a través del emparejamiento de bases Watson-Crick proporciona la base para estas funciones. Los científicos e ingenieros han estado sintetizando y, en ciertos casos, produciendo en masa ácidos nucleicos durante décadas para comprender y explotar este elegante motivo de reconocimiento químico. Las capacidades de reconocimiento de los ácidos nucleicos se pueden mejorar cuando se disponen en una geometría esférica, lo que permite que se produzcan interacciones polivalentes . Esta polivalencia [ se necesita más explicación ], junto con la alta densidad y el grado de orientación descritos anteriormente, ayuda a explicar por qué los ARS exhiben propiedades diferentes a sus constituyentes de menor dimensión (Fig. 2).
Más de dos décadas de investigación han revelado que las propiedades de un conjugado de SNA son una combinación sinérgica de las del núcleo y el caparazón. El núcleo tiene dos propósitos: 1) imparte sobre el conjugado nuevas propiedades físicas y químicas (p. Ej., Plasmónica, [2] catalítica, [12] [13] magnética, [14] luminiscente [15] ) y 2) actúa como andamio para el ensamblaje y orientación de los ácidos nucleicos. La capa de ácido nucleico imparte capacidades de reconocimiento químico y biológico que incluyen una mayor fuerza de unión, [16] comportamiento de fusión cooperativo, [17] mayor estabilidad, [18] y mayor absorción celular sin el uso de agentes de transfección.[19] (en comparación con la misma secuencia de ADN lineal). Se ha demostrado que se pueden reticular las hebras de ADN en su base y, posteriormente, disolver el núcleo inorgánico con KCN o I 2 para crear una forma sin núcleo (hueca) de SNA (Fig. 3, derecha), [12] que exhibe muchas de las mismas propiedades que elconjugado de nanopartículas de oro de ADN polivalente original(Fig. 3, izquierda).
