Un nuovo modo di realizzare nanostrutture 3D dal DNA è descritto in uno studio pubblicato sulla rinomata rivista Natura . Lo studio è stato condotto da ricercatori del Karolinska Institutet che hanno collaborato con un gruppo dell'Università Aalto in Finlandia. La nuova tecnica permette di sintetizzare strutture origami di DNA 3D in grado di tollerare anche le basse concentrazioni di sale all'interno del corpo, che apre la strada ad applicazioni biologiche completamente nuove della nanotecnologia del DNA. Anche il processo di progettazione è altamente automatizzato, che consente la creazione di nanostrutture di DNA sintetico di notevole complessità.

Il team dietro lo studio paragona il nuovo approccio a una stampante 3D per strutture su nanoscala. L'utente disegna la struttura desiderata, sotto forma di un oggetto poligono, nel software 3D normalmente utilizzato per la progettazione o l'animazione assistita da computer. Algoritmi grafologici e tecniche di ottimizzazione vengono quindi utilizzati per calcolare le sequenze di DNA necessarie per produrre la struttura.

Quando le sequenze di DNA sintetizzate vengono combinate in una soluzione salina, si assemblano nella struttura corretta. Uno dei grandi vantaggi della costruzione di nanostrutture a partire dal DNA è che le basi si legano l'una all'altra attraverso la base-paring in modo prevedibile.

"Questo nuovo metodo semplifica la progettazione di nanostrutture di DNA e offre maggiore libertà di progettazione, ", afferma il leader dello studio Björn Högberg del Dipartimento di biochimica medica e biofisica del Karolinska Institutet. "Ora possiamo realizzare strutture che prima erano impossibili da progettare e possiamo farlo nello stesso modo in cui si potrebbe disegnare una struttura 3D da stampare in scala macroscopica, ma invece di farlo di plastica, lo stampiamo nel DNA su scala nanometrica."

Utilizzando questa tecnica, la squadra ha costruito una palla, spirale, struttura a forma di asta e bottiglia, e una stampa del DNA del cosiddetto Stanford Bunny, che è un modello di prova comune per la modellazione 3D. Oltre ad essere più semplice rispetto ai precedenti modi di creare origami del DNA, il metodo – cosa importante – non richiede alte concentrazioni di sale di magnesio.

"Per le applicazioni biologiche, la differenza più cruciale è che ora possiamo creare strutture che possono essere ripiegate, e rimanere praticabile in, concentrazioni fisiologiche di sale più adatte per applicazioni biologiche di nanostrutture di DNA, " spiega il dottor Högberg.

"Un vantaggio del processo di progettazione automatizzato è che ora si può trattare sistematicamente anche con strutture piuttosto complesse. È probabile che i metodi di calcolo avanzati siano un fattore chiave nella scalabilità della nanotecnologia del DNA da studi fondamentali ad applicazioni innovative, "dice il professor Pekka Orponen, che ha diretto il team presso il Dipartimento di Informatica dell'Università di Aalto.

Le possibili applicazioni sono molte. Il team del Karolinska Institutet ha precedentemente realizzato un nano-calibro di DNA utilizzato per studiare la segnalazione cellulare. La nuova tecnica consente di condurre esperimenti biologici simili in un modo che ricorda ancora più da vicino le condizioni all'interno delle cellule. Le nanostrutture di DNA sono state utilizzate anche per realizzare capsule mirate in grado di somministrare farmaci antitumorali direttamente alle cellule tumorali, che può ridurre la quantità di farmaci necessari.