Scienziati dell'Università di Basilea sono riusciti a organizzare compartimenti sferici in gruppi che imitano il modo in cui gli organelli naturali creerebbero strutture complesse. Sono riusciti a collegare i compartimenti sintetici creando tra loro ponti fatti di DNA. Questo rappresenta un passo importante verso la realizzazione delle cosiddette fabbriche molecolari. Il giornale Nano lettere ha pubblicato i loro risultati.

All'interno di una cellula ci sono compartimenti specializzati chiamati organelli, come per esempio nucleo, mitocondri, perossisomi e vacuoli responsabili di funzioni specifiche della cellula. Quasi tutte le sofisticate funzioni biologiche delle cellule sono realizzate dall'auto-organizzazione, un processo mediante il quale le molecole adottano una disposizione definita in base alle loro specifiche conformazioni e proprietà, senza guida esterna.

L'utilizzo dell'auto-organizzazione di nano-oggetti in architetture complesse è una strategia importante per produrre nuovi materiali con proprietà o funzionalità migliorate in campi come la chimica, elettronica e tecnologia. Per esempio, questa strategia è già stata applicata per creare reti di nanoparticelle solide inorganiche. Però, finora, queste reti non erano in grado di imitare strutture sofisticate che hanno funzioni biologiche all'interno delle cellule e quindi hanno potenziali applicazioni in medicina o biologia.

I ponti del DNA danno stabilità

La ricerca congiunta dei gruppi guidati dai professori Cornelia Palivan e Wolfgang Meier fornisce ora un nuovo approccio per auto-organizzare gli organelli artificiali in cluster che imita la connessione tra le loro controparti naturali. Utilizzando singoli filamenti di DNA per interconnettere i compartimenti sferici, gli scienziati sono riusciti a creare cluster secondo un'architettura specifica e proprietà controllate. "Eravamo entusiasti di vedere, che i diversi filamenti di DNA sulla superficie del compartimento sferico sono migrati insieme e hanno formato un ponte con i filamenti di DNA del successivo", dice Palivan. Questo ponte DNA rappresenta una connessione estremamente stabile.

Questa strategia ispirata dalla natura va oltre gli attuali approcci di auto-organizzazione, poiché consente anche l'integrazione di diverse esigenze come la messa a punto della distanza tra i compartimenti o diverse topologie "on demand". Come scomparti, gli scienziati hanno usato i polimeri, con una membrana sintetica che, a differenza dei liposomi, ha il grande vantaggio di essere molto stabile e di controllare la fusione dei singoli compartimenti all'interno della cella.

Un ulteriore vantaggio unico di questa strategia per organizzare i nano-cluster è il fatto che i compartimenti possono essere caricati con partner di reazione come enzimi, proteine ​​o catalizzatori. Ciò fornisce le basi per l'ulteriore ingegneria di organelli artificiali che fungono da fabbriche molecolari. Questa ricerca è stata condotta all'interno del Centro nazionale di competenza nella ricerca (NCCR) Molecular Systems Engineering.