Emulando i principi di progettazione della natura, un team del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard, La Harvard Medical School e il Dana-Farber Cancer Institute hanno creato nanodispositivi fatti di DNA che si autoassemblano e possono essere programmati per muoversi e cambiare forma su richiesta. A differenza delle nanotecnologie esistenti, questi nanodispositivi programmabili sono altamente adatti per applicazioni mediche perché il DNA è sia biocompatibile che biodegradabile.
L'opera appare nell'anticipo online del 20 giugno Nanotecnologia della natura .
Costruito alla scala di un miliardesimo di metro, ogni dispositivo è costituito da una circolare, molecola di DNA a filamento singolo che, una volta che è stato mescolato insieme a tanti brevi pezzi di DNA complementare, si autoassembla in una struttura 3D predeterminata. Le doppie eliche si piegano in grandi, puntoni lineari rigidi che si connettono intervenendo DNA a singolo filamento. Questi singoli filamenti di DNA tirano i montanti in una forma 3D, proprio come i cavi tirano su i pali della tenda per formare una tenda. La forza e la stabilità della struttura derivano dal modo in cui distribuisce e bilancia le forze contrastanti di tensione e compressione.
Questo principio architettonico, noto come tensegrità, è stato al centro di artisti e architetti per molti anni, ma esiste anche in tutta la natura. Nel corpo umano, Per esempio, le ossa fungono da puntoni di compressione, con i muscoli, tendini e legamenti che agiscono come portatori di tensione che ci consentono di resistere alla gravità. Lo stesso principio governa il modo in cui le cellule controllano la loro forma su microscala.
"Questa nuova tecnologia di nanofabbricazione basata sull'autoassemblaggio potrebbe portare a dispositivi medici e sistemi di somministrazione di farmaci su scala nanometrica, come imitatori di virus che introducono farmaci direttamente nelle cellule malate, ", ha affermato il co-investigatore e direttore del Wyss Institute Don Ingber. Un nanodispositivo che può aprirsi in risposta a un segnale chimico o meccanico potrebbe garantire che i farmaci non solo arrivino al bersaglio previsto, ma vengano anche rilasciati quando e dove desiderato.
Ulteriore, dispositivi tensegrità nanoscopici potrebbero un giorno riprogrammare le cellule staminali umane per rigenerare gli organi danneggiati. Le cellule staminali rispondono in modo diverso a seconda delle forze che le circondano. Ad esempio, una matrice extracellulare rigida, la colla biologica che circonda le cellule, fabbricata per imitare la consistenza dei segnali ossei alle cellule staminali per diventare ossa, mentre una matrice densa più vicina alla consistenza del tessuto cerebrale segnala la crescita dei neuroni. I nanodispositivi di tensegrità "potrebbero aiutarci a sintonizzare e modificare la rigidità delle matrici extracellulari nell'ingegneria dei tessuti un giorno, " ha detto il primo autore Tim Liedl, che ora è professore alla Ludwig-Maximilians-Universität di Monaco di Baviera.
"Questi coltellini dell'esercito svizzero possono aiutarci a realizzare tutti i tipi di cose che potrebbero essere utili per la somministrazione avanzata di farmaci e la medicina rigenerativa, " ha detto il capo investigatore William Shih, Membro della facoltà di Wyss e professore associato di chimica biologica e farmacologia molecolare presso l'HMS e il Dana-Farber Cancer Institute. "Abbiamo anche una pratica macchina Xerox con DNA biologico che la natura ha sviluppato per noi, " rendendo questi dispositivi facili da produrre.
Questa nuova capacità "è un elemento di benvenuto nella cassetta degli attrezzi della nanotecnologia del DNA strutturale, " disse Ned Seeman, professore di chimica alla New York University.
