I ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard hanno sviluppato un metodo per costruire nanostrutture complesse a partire da brevi filamenti sintetici di DNA. Chiamate piastrelle a filamento singolo (SST), questi "mattoni" del DNA interconnessi, " simile ai Lego, possono essere programmati per assemblarsi in forme progettate con precisione, come lettere ed emoticon. Un ulteriore sviluppo della tecnologia potrebbe consentire la creazione di nuovi dispositivi su scala nanometrica, come quelli che consegnano i farmaci direttamente ai siti della malattia.

La tecnologia, che è descritto nel numero online di oggi di Natura , è stato sviluppato da un team di ricerca guidato da Peng Yin, membro della facoltà di Wyss, dottorato di ricerca, che è anche Assistant Professor di Systems Biology presso la Harvard Medical School. Altri membri del team includevano il Wyss Postdoctoral Fellow Bryan Wei, dottorato di ricerca, e lo studente laureato Mingjie Dai.

Il DNA è meglio conosciuto come custode di informazioni genetiche. Ma in un campo scientifico emergente noto come nanotecnologia del DNA, viene esplorato per essere utilizzato come materiale con cui costruire minuscoli, strutture programmabili per diverse applicazioni. Ad oggi, la maggior parte della ricerca si è concentrata sull'uso di un singolo lungo filamento biologico di DNA, che funge da spina dorsale lungo la quale i fili più piccoli si legano ai suoi numerosi segmenti diversi, per creare forme. Questo metodo, chiamato DNA origami, viene anche perseguito presso il Wyss Institute sotto la guida del membro della Core Faculty William Shih, dottorato di ricerca Shih è anche Professore Associato presso il Dipartimento di Chimica Biologica e Farmacologia Molecolare della Harvard Medical School e il Dipartimento di Biologia del Cancro presso il Dana-Farber Cancer Institute.

Concentrandosi sull'uso di brevi filamenti di DNA sintetico ed evitando il lungo filamento dell'impalcatura, Il team di Yin ha sviluppato un metodo di costruzione alternativo. Ogni SST è un singolo, breve filamento di DNA. Una tessera si incastrerà con un'altra tessera, se ha una sequenza complementare di DNA. Se non ci sono corrispondenze complementari, i blocchi non si connettono. In questo modo, una collezione di piastrelle può assemblarsi in specifiche, forme predeterminate attraverso una serie di connessioni locali ad incastro.

Nel dimostrare il metodo, i ricercatori hanno creato poco più di cento diversi design, compresi i caratteri cinesi, numeri, e caratteri, utilizzando centinaia di piastrelle per una singola struttura di 100 nanometri (miliardesimi di metro) di dimensione. L'approccio è semplice, robusto, e versatile.

Come materiali a base sintetica, le SST potrebbero avere alcune importanti applicazioni in medicina. Gli SST potrebbero organizzarsi in macchine per la somministrazione di farmaci che mantengono la loro integrità strutturale fino a raggiungere obiettivi cellulari specifici, e poiché sono sintetici, può essere reso altamente biocompatibile.

"L'uso della nanotecnologia del DNA per creare nanodispositivi programmabili è un obiettivo importante al Wyss Institute, perché crediamo così fortemente nel suo potenziale per produrre un approccio paradigmatico per lo sviluppo di nuove diagnostiche e terapeutiche, ", ha affermato il direttore fondatore di Wyss, Donald Ingber, M.D., dottorato di ricerca