Combinare filamenti di Dna come fossero mattoncini Lego! Origami a DNA.

Una nuova tecnica permette l’autoassemblaggio di strutture nanoscopiche tridimensionali a partire da corti filamenti di DNA diversi tra loro che si montano in modo modulare proprio come i mattoncini Lego®
Questa tecnica innovativa supera il principale problema della costruzione di strutture tridimensionali con il cosiddetto origami a DNA, ovvero la necessità di riprogettare un nuovo lungo flamento di DNA di supporto per ogni forma che si vuole ottenere . Con un salto di qualità rispetto alla tecnica del cosiddetto origami a DNA, un gruppo di ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering della Harvard University e del Massachusetts Institute of Technology è riuscito a sviluppare un metodo per costruire strutture tridimensionali autoassemblanti che possono essere montate esattamente come i mattoncini Lego®. La descrizione della tecnica è illustrata in un articolo a prima firma Yonggang Ke pubblicato su “”Science”

Il risultato rappresenta un ulteriore progresso verso la possibilità di utilizzare le nanotecnologie del DNA per sofisticate applicazioni, come dispositivi medici intelligenti in grado di trasportare i farmaci su un bersaglio specifico, sonde programmabili per imaging, ma anche “stampi” per la costruzione di strutture di materiali inorganici per circuiti di computer di prossima generazione.
Nel classico origami a DNA, un lungo filamento di DNA che si ripiega per interagire con centinaia di frammenti di filamenti più corti viene sfruttato come impalcatura attorno a cui costruire strutture articolate. Questo approccio ha però l’inconveniente di esigere un’estrema complessità di calcolo delle posizioni delle basi per ottenere i ripiegamenti desiderati e, soprattutto, la necessità di riprogettare e produrre un nuovo filamento di impalcatura per ogni forma che si vuole ottenere. Il nuovo metodo dei “mattoncini a DNA”, non richiede invece alcun filamento di impalcatura, ma sfrutta un’architettura modulare: ogni mattoncino può essere aggiunto o rimosso in modo indipendente. L’elemento di base delle strutture è un singolo filamento di DNA di soli 32 nucleotidi, che contiene quattro regioni che possono accoppiarsi a quattro corti filamenti di DNA adiacenti. Per poter costruire strutture 3D in modo periodico, i ricercatori hanno progettato i loro mattoncini in modo che si colleghino fra loro quando si trovino ruotati uno rispetto all’altro di 90°. Ogni mattoncino è codificato da una specifica sequenza che ne determina la posizione e consente alla struttura di assemblarsi grazie alla presenza di sequenze complementari.
In questo modo i ricercatori sono già riusciti a creare 102 strutture nanoscopiche tridimensionali, fra cui un cubo perfetto e altre più complesse, dotate di cavità interne variamente articolate.
“Ci stiamo muovendo alla velocità della luce nella nostra capacità di trovare soluzioni sempre più potenti per l’utilizzo molecole di DNA biocompatibili quali elementi strutturali di costruzione per le nanotecnologie, una cosa che potrebbe rivelarsi di grande valore per applicazioni mediche e di altro genere”, ha osservato il direttore del Wyss Institute, Don Ingber.

.

Origami a DNA

"Fogli" di doppie eliche parallele attentamente progettati si ripiegano nel modo voluto, in modo da formare contenitori capaci di superare le barriere biologiche con il loro carico di molecole attive



Coniugando le nanotecnologie con l'antica arte dell'origami, ricercatori del Dana-Farber Cancer Institute sono riusciti a ripiegare fogli bidimensionali di DNA per ottenere oggetti tridimensionali a più strati, aprendo la prospettiva alla costruzione di nano-apparecchiature in grado di servire da "furgoni" intelligenti per il trasporto di farmaci all'interno delle cellule. La tecnica è descritta in un articolo pubblicato sulla rivista "Nature".

Com'è noto, a partire da un semplice foglio di carta l'arte dell'origami permette, attraverso una serie di ripiegamenti, di ottenere modelli tridimensionali di animali e altri oggetti anche di complessità elevata. "Noi ci siamo focalizzati sulla possibilità di farlo con il DNA", ha spiegato William Shih, che ha diretto la ricerca.

Gli scienziati intendono sfruttare queste minuscole strutture, che hanno le dimensioni di piccoli virus, per mimare alcune delle "macchine" che all'interno della cellula svolgono diverse funzioni, e in primo luogo quella di "cargo" di diverse sostanze dall'esterno all'interno della cellule o come mezzo di trasporto all'interno della cellula stessa.

"La natura fabbrica macchie complesse e ben controllate, avendo ottimizzato la tecnologia cellulare nel corso di milioni di anni di evoluzione. Noi non abbiamo tanto tempo e dobbiamo quindi usare approcci di progettazione differenti", ha commentato Shih.

L'origami a DNA parte da un "foglio" di doppie eliche parallele che viene ripiegato e arrotolato come un involtino per formare una sorta di contenitore con tanto di lembi di chiusura: una volta definito il progetto al calcolatore, sono sufficienti tre giorni per ottenere i fogli di DNA voluti, che successivamente, con una procedura di riscaldamenti e raffreddamenti mirati si ripiegano automaticamente nella forma desiderata.

Queste minuscole macchine, riempite di molecole farmacologicamente attive potrebbero aiutarle a passare le barriere biologiche che ne ostacolano l'ingresso alle cellule, oppure potrebbero essere iniettate in modo da catturare e richiudersi attorno a sostanze che è utile rimuovere dal circolo, ha suggerito Shih.



SEGUICI ANCHE SULLA PAGINA fb: http://www.facebook.com/quantoequantaltro?ref=hl