I ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard hanno creato più di 100 nanostrutture tridimensionali (3D) utilizzando blocchi di DNA che funzionano come i mattoncini Lego®, un importante progresso rispetto alle strutture bidimensionali (2D) dello stesso team costruito pochi mesi fa.

In effetti, l'anticipo significa che i ricercatori sono appena passati dall'essere in grado di costruire una parete piatta di Lego®, per costruire una casa. Il nuovo metodo, presentato come un articolo di ricerca di copertina nel numero del 30 novembre di Scienza , è il prossimo passo verso l'utilizzo delle nanotecnologie del DNA per applicazioni più sofisticate che mai possibili prima, come dispositivi medici "intelligenti" che indirizzano i farmaci in modo selettivo ai siti della malattia, sonde di imaging programmabili, modelli per organizzare con precisione i materiali inorganici nella produzione di circuiti per computer di prossima generazione, e altro ancora.

La tecnica di nanofabbricazione, chiamato "autoassemblaggio del DNA-mattone, " usa breve, filamenti sintetici di DNA che funzionano come mattoncini Lego® ad incastro. Sfrutta la capacità di programmare il DNA per formare forme predefinite grazie alla "ricetta" sottostante delle coppie di basi del DNA:A (adenosina) si lega solo a T (timina) e C (citosina) si lega solo a G (guanina).

All'inizio di quest'anno, il team Wyss ha riferito in Natura come potrebbero creare una raccolta di forme 2D impilando un mattone di DNA (42 basi di lunghezza) su un altro.

Ma c'è una "torsione" nel nuovo metodo richiesto per costruire in 3D.

Il trucco è iniziare con un mattoncino DNA ancora più piccolo (32 basi di lunghezza), che cambia l'orientamento di ogni coppia di mattoncini abbinati ad un angolo di 90 gradi, dando ad ogni due Lego® una forma 3D. In questo modo, la squadra può usare questi mattoncini per costruire "fuori" oltre a "salire, " ed eventualmente formare strutture 3D, come un cubo solido di 25 nanometri contenente centinaia di mattoni. Il cubo diventa una "tela molecolare" del DNA "maestro"; in questo caso, la tela era composta da 1000 cosiddetti "voxel, " che corrispondono a otto coppie di basi e misurano circa 2,5 nanometri di dimensione, il che significa che questa è l'architettura nella sua forma più piccola.

La tela principale è dove entra in gioco la modularità:semplicemente selezionando sottoinsiemi di specifici mattoncini di DNA dalla grande struttura cubica, il team ha costruito 102 strutture 3D con sofisticate caratteristiche della superficie, così come intricate cavità e tunnel interni.

"Questo è un semplice, metodo versatile e robusto, "dice Peng Yin, dottorato di ricerca, Membro principale della facoltà di Wyss e autore senior dello studio.

Un altro metodo utilizzato per costruire strutture 3D, chiamato DNA origami, è più difficile da usare per costruire forme complesse, Yin ha detto, perché si basa su un lungo filamento di DNA "impalcatura" che si piega per interagire con centinaia di filamenti "fiocco" più corti - e ogni nuova forma richiede una nuova strategia di instradamento dell'impalcatura e quindi nuovi punti metallici. In contrasto, il metodo DNA brick non utilizza alcuno scaffold strand e quindi ha un'architettura modulare; ogni mattone può essere aggiunto o rimosso indipendentemente.

"Ci stiamo muovendo alla velocità della luce nella nostra capacità di escogitare modi sempre più potenti per utilizzare molecole di DNA biocompatibili come elementi costitutivi strutturali per la nanotecnologia, che potrebbe avere un grande valore per la medicina e per le applicazioni non mediche, ", afferma il direttore fondatore del Wyss Institute Don Ingber, M.D., dottorato di ricerca