Investigadores de la Universidad de Carolina del Norte han desarrollado microrobots en forma de flores capaces de cambiar de forma en respuesta al pH, combinando ADN y cristales inorgánicos para funciones precisas en medicina y química. Estas microestructuras pueden abrir y cerrar sus “pétalos” en segundos, transportando enzimas, medicamentos o moléculas genéticas, y activando reacciones químicas solo cuando es necesario. Su capacidad de plegarse y desplegarse de forma repetida sin degradarse, junto con la posibilidad de controlar su comportamiento mediante la secuencia de ADN, abre nuevas vías para sistemas microscópicos autónomos, desde cápsulas de fármacos inteligentes hasta sensores ambientales. Además, estas flores podrían actuar como dispositivos de almacenamiento de información altamente eficientes, ofreciendo alternativas más sostenibles a la tecnología digital convencional. La combinación de estructura, química y movimiento convierte a estas microflores en una plataforma prometedora para biomedicina y materiales inteligentes.

Cómo funcionan las microflores de ADN

El mecanismo comienza con la enzima TdT (terminal deoxynucleotidyl transferase), que sintetiza largas cadenas de ADN sin necesidad de plantilla. Cada adición libera un químico que se une a iones de cobalto, formando cristales que estructuran la flor a medida que crece. Dependiendo de la composición del ADN, el comportamiento varía: cadenas ricas en timina mantienen la forma estable, mientras que cadenas con abundante citosina pueden plegarse en estructuras llamadas i-motifs cuando el entorno se acidifica, provocando que los pétalos se contraigan hasta reducirse a la mitad de su tamaño y vuelvan a abrirse cuando el pH se normaliza. Estudios recientes en Nature Nanotechnology muestran que estos cambios se producen de manera uniforme a nivel atómico, con la distancia de la red cristalina disminuyendo a medida que el ADN se ajusta, permitiendo ciclos repetidos sin pérdida de integridad.

Para controlar la curvatura y el plegado de los pétalos, los investigadores apilaron capas de ADN de diferente tipo. Una capa externa de citosina sobre timina produce un cierre de pétalos bajo acidez, mientras que la disposición inversa genera una contracción más vertical. Ajustando la duración de crecimiento de cada capa, se logra una flexión óptima, verificada mediante modelos computacionales que correlacionan el espesor de las capas con la máxima curvatura. En estructuras de tres capas se observan comportamientos mixtos: contracción en la base y los bordes, y flexión en la zona media, lo que indica que es posible diseñar casi cualquier respuesta mecánica a escala microscópica. Los avances en modelado computacional permiten incluso predecir la dinámica de plegado y la interacción entre capas de ADN, optimizando la eficiencia de estos microrobots antes de su síntesis experimental, según datos de Cell.

Aplicaciones en medicina y química

Más allá del movimiento, estas microflores pueden transportar enzimas y regular reacciones químicas. Por ejemplo, un sistema combina una enzima que genera peróxido de hidrógeno a partir de glucosa con otra que transforma un colorante incoloro en un pigmento visible usando ese peróxido. Al ubicar cada enzima en capas diferentes de la flor, la velocidad de la reacción aumenta más de ocho veces respecto a la misma combinación en solución libre. La apertura y cierre de pétalos actúa como un interruptor químico controlado por pH, capaz de activar o desactivar reacciones de manera precisa, demostrando un control temporal útil para suministro localizado de fármacos o liberación de compuestos terapéuticos.

Este enfoque también se puede aplicar a cápsulas inteligentes que liberen medicamentos únicamente en tejidos afectados por enfermedad, minimizando efectos secundarios. De manera paralela, la capacidad de las flores para albergar moléculas y responder a señales externas abre la puerta a aplicaciones medioambientales, como liberación selectiva de agentes de limpieza de contaminantes o desarrollo de sensores químicos compactos. Investigaciones en Science confirman que los robots de ADN integrados con sistemas de microfluidos permiten manipulación precisa de moléculas individuales y reacciones químicas en volúmenes de microlitro, un avance que potencia su versatilidad en entornos experimentales.

Perspectivas futuras y retos de los robots de ADN

El equipo liderado por la profesora Ronit Freeman considera que estas estructuras podrían evolucionar para responder a luz, temperatura u otras señales externas, ampliando su funcionalidad. La integración de ADN y cristales inorgánicos ofrece un material que combina crecimiento autónomo, movimiento programable y control químico interno, aproximándose a comportamientos celulares sin ser organismos vivos. No obstante, quedan desafíos por superar antes de su aplicación clínica, como la biocompatibilidad total, la eficacia de entrega en tejidos complejos y la escalabilidad de producción. Estudios indican que sistemas de ADN plegable podrían alcanzar resoluciones nanométricas con control de forma en milisegundos, aunque la estabilidad a largo plazo en ambientes fisiológicos aún requiere optimización, según Nature Nanotechnology.

Estas microflores también tienen potencial fuera del ámbito biomédico. Podrían emplearse en procesos industriales o ambientales donde el control de reacciones químicas locales es crítico, actuando como catalizadores programables o indicadores visuales. La combinación de diseño computacional, respuesta química y movimiento controlado posiciona a estos microrobots como una herramienta capaz de transformar múltiples sectores, desde la medicina personalizada hasta la monitorización ambiental.

Reflexiones finales

El desarrollo de microflores de ADN representa un enfoque que une biología molecular, química y ciencia de materiales. Aunque todavía se encuentra en fases experimentales, el potencial para aplicaciones biomédicas y medioambientales es amplio. La capacidad de transformar estímulos externos en movimiento controlado y actividad química dirigida establece un modelo para el diseño de sistemas inteligentes a escala nanométrica. El reto principal consiste en trasladar esta funcionalidad al contexto real de manera segura y efectiva, algo que requerirá colaboración multidisciplinar entre químicos, ingenieros biomédicos y expertos en nanomateriales. La combinación de control preciso, respuesta repetible y capacidad de transporte molecular posiciona a estos microrobots como una herramienta prometedora para el futuro de la medicina dirigida y los materiales inteligentes.