Le microcapsule di DNA con modelli realizzati con nanostrutture di DNA progettate in sequenza. Credito:Yusuke Sato
I biofisici in Giappone hanno trovato modi per creare e manipolare strutture di DNA simili a capsule che potrebbero essere utilizzate nello sviluppo di sistemi molecolari artificiali. Tali sistemi potrebbero funzionare, ad esempio, all'interno del corpo umano. Lo studio è nato dalla collaborazione tra Yusuke Sato della Tohoku University e Masahiro Takinoue del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), e i risultati sono stati pubblicati su JACS Au .
Per realizzare le capsule, i ricercatori hanno prima creato due diversi tipi di nanostrutture di DNA. Ciascun tipo è stato realizzato utilizzando tre molecole di DNA a filamento singolo con punte appiccicose alle estremità. A causa delle differenze nelle loro sequenze di DNA, solo nanostrutture simili si sono unite quando i due tipi sono stati mescolati.
Sato e Takinoue hanno quindi combinato le nanostrutture in soluzione con una miscela oleosa di molecole cariche e non cariche. La miscela è stata prima riscaldata e poi raffreddata e infine esaminata al microscopio.
I ricercatori hanno scoperto che si erano formate goccioline di acqua nell'olio, con le nanostrutture del DNA che si accumulavano all'interfaccia acqua-olio. Le nanostrutture si sono unite in diversi tipi di modelli simili a chiazze, a seconda della concentrazione di ciascun tipo rispetto all'altro.
Gli scienziati hanno anche scoperto che le nanostrutture di DNA si agglomeravano in modo più omogeneo quando una nanostruttura di DNA extra a forma di X è stata aggiunta al mix per collegare i due tipi insieme.
Questo ha funzionato altrettanto bene all'interno delle vescicole lipidiche come nelle goccioline di acqua nell'olio. Sato e Takinoue sono stati anche in grado di separare le capsule di DNA dalle goccioline e dalle vescicole senza perdere le loro forme simili a capsule. Infine, sono stati in grado di aprire le capsule e degradarle utilizzando enzimi specifici.
Schemi del metodo di generazione delle capsule di DNA e loro immagini al microscopio. Yusuke Sato
I risultati dimostrano un approccio per la costruzione e la modifica di capsule di DNA che potrebbero avere una varietà di funzioni e scopi diversi. Ad esempio, potrebbero essere utilizzati per trasportare sostanze a specifici organi bersaglio, rilasciando il loro carico quando esposti a determinati enzimi. Potrebbero anche essere resi mobili utilizzando nanostrutture di DNA che possono essere manipolate per alterare le forme delle capsule. Oppure potrebbero essere modificati con proteine o dispositivi molecolari basati sul DNA per creare strutture compartimentali funzionali, come le membrane cellulari.
"Riteniamo che le capsule funzionali a base di DNA, come quelle che abbiamo progettato, potrebbero fornire un nuovo approccio per lo sviluppo di strutture capsulari per gli studi sulle cellule artificiali e la robotica molecolare", affermano Sato e Takinoue.
Il team lavorerà quindi per inserire diversi tipi di carico nelle capsule, inclusi i processori di informazioni sul DNA, e rilasciarli in risposta a stimoli specifici. + Esplora ulteriormente
