(Phys.org) — Il film Fantastic Voyage del 1966 presentava una visione del futuro che include minuscole macchine che scivolano attraverso il corpo e riparano le ferite. Quasi 50 anni dopo, gli scienziati stanno cercando di capire come formare dal DNA gli elementi costitutivi di tali macchine.

Un nuovo articolo su Science descrive forme poliedriche basate sul DNA che sono più grandi e più forti di quelle che gli scienziati hanno costruito prima. Proprio adesso, queste sono solo forme statiche. Ma forniscono l'impalcatura su cui gli scienziati potrebbero costruire camminatori robotici, o gabbie con porte che si aprono e si chiudono. Già, i ricercatori stanno parlando di come tali strutture potrebbero essere utilizzate per fornire farmaci proprio a particolari cellule o luoghi del corpo.

"Attualmente l'autoassemblaggio del DNA è forse uno dei metodi più promettenti per realizzare quelle macchine su scala nanometrica, " dice il co-autore Yonggang Ke, dottorato di ricerca, che di recente è entrato a far parte del dipartimento di ingegneria biomedica di Wallace H. Coulter presso la Georgia Tech e la Emory University come assistente professore.

Il gruppo di ricerca è stato guidato da Peng Yin, PhD presso il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard. Lavorando con lo stesso team, Ke è stato anche il primo autore di un articolo del 2012 in Scienza descrivendo "mattoncini DNA" che ricordano i blocchi LEGO.

Nel documento attuale, le forme sono costituite da treppiedi rinforzati con puntoni, che si assemblano da singoli filamenti di DNA in un processo chiamato "DNA origami". Già, a 5 megadalton, ogni treppiede è più massiccio della più grande singola proteina conosciuta (titina, coinvolto nella contrazione muscolare) e più massiccio di un ribosoma, una delle fabbriche cellulari in cui vengono prodotte le proteine. I treppiedi a loro volta possono formare strutture prismatiche, 100 nanometri per lato, che iniziano ad avvicinarsi alle dimensioni degli organelli cellulari come i mitocondri.

Le strutture dei prismi sono ancora troppo piccole per essere viste con i microscopi ottici. Poiché la microscopia elettronica richiede che gli oggetti vengano asciugati e appiattiti, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica di imaging basata sulla fluorescenza chiamata "DNA PAINT" per visualizzare in soluzione le strutture simili a una palestra nella giungla.

Il DNA non è necessariamente il materiale più durevole per costruire una minuscola macchina. È vulnerabile agli attacchi chimici, e gli enzimi all'interno del corpo masticano prontamente il DNA, estremità particolarmente esposte. Però, Il DNA presenta alcuni vantaggi:è facile (ed economico) da sintetizzare in laboratorio, e l'appaiamento delle basi del DNA è selettivo. Infatti, dice Ke, queste intricate strutture si assemblano da sole:metti insieme tutti i componenti in un tubo, e tutte le sequenze di DNA che dovrebbero accoppiarsi si trovano in soluzione.

Ogni gamba del treppiede è composta da 16 doppie eliche di DNA, collegati tra loro in modi che vincolano la struttura e la rendono rigida. I treppiedi hanno "estremità appiccicose" che sono selettive e possono essere assemblate nelle piramidi più grandi o nelle strutture prismatiche. I precedenti sforzi per costruire strutture poliedriche erano come cercare di creare una palestra nella giungla con la corda:erano troppo flosce e difficili da assemblare.

Per vedere le strutture della piramide e del prisma, il gruppo di ricerca ha utilizzato la tecnica "DNA-PAINT", che utilizza sonde di DNA fluorescenti che si legano transitoriamente alle strutture del DNA. Questo metodo consente la visualizzazione di strutture che non possono essere viste con un microscopio ottico convenzionale. Perché non rendere semplicemente fluorescenti le strutture stesse del DNA? Perché puntare una forte luce su tali strutture estinguerebbe rapidamente il loro segnale di fluorescenza.

Nel suo lavoro ad Atlanta, Ke dice che ha intenzione di personalizzare ulteriormente le strutture del DNA, combinando il DNA con chimica aggiuntiva per aggiungere altre molecole funzionali, comprese proteine ​​o nanoparticelle. È particolarmente interessato allo sviluppo di materiali a base di DNA che possono manipolare o rispondere alla luce o trasportare magneti, con potenziali applicazioni biomediche come l'imaging MRI o la somministrazione mirata di farmaci.