Barili di tessitura dal DNA

Le cose buone arrivano davvero in piccoli pacchetti, secondo a gruppo di studenti all'Università di Harvard. Hanno costruito un minuscolo contenitore, di circa 30 nanometri di diametro, fatto interamente di DNA, che un giorno potrebbe essere utilizzato per somministrare farmaci o terapie geniche o proteiche a specifici tessuti del corpo.

Gli studenti di Harvard hanno progettato una sequenza di DNA che si piega in un minuscolo contenitore cavo.

Sappiamo che il DNA è un materiale da costruzione molto stabile, afferma Valerie Hoi-Ting Lau, uno degli studenti coinvolti nel progetto. Ora stiamo cercando di sfruttare il fatto che è programmabile. Lau e altri hanno presentato la loro canna al Macchine geneticamente modificate internazionali concorso al MIT all'inizio di questo mese (vedi Bizarre Bacterial Creations ).

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Il mondo dell'architettura del DNA è esploso negli ultimi anni, con gli scienziati che hanno costruito faccine sorridenti bidimensionali e mappe complesse, oltre a ottagoni tridimensionali. Le sostanze chimiche che compongono le molecole di DNA lunghe e tortuose si legano insieme secondo un insieme prevedibile di regole, quindi è possibile progettare sequenze di DNA che si formeranno in varie forme.

Mentre in precedenza l'architettura del DNA richiedeva anni per la progettazione e la costruzione, un metodo sviluppato all'inizio di quest'anno fornisce un modo relativamente semplice per programmare il DNA in forme specifiche (vedi Nanotech fai-da-te). Un singolo lungo filamento di DNA è costellato di frammenti più corti di sequenze di DNA appositamente progettate che agiscono come l'equivalente chimico delle graffette. Ogni frammento si legherà solo a un punto specifico sulla molecola del DNA. Il posizionamento strategico di questi punti lungo il filamento di DNA consente alla molecola di autoassemblarsi in forme diverse.

Adattando questo metodo per costruire strutture tridimensionali, gli studenti e il loro consulente William Shih , uno scienziato di Harvard che è stato un leader nell'architettura del DNA, ha progettato una sequenza di DNA che si sarebbe piegata in un minuscolo contenitore cavo. La struttura finale, che ha la forma di un barile aperto, è costituita da una singola molecola di DNA che zigzaga avanti e indietro per creare un foglio pieghettato. La lastra è programmata per curvarsi su se stessa, creando un cilindro a doppia parete. (Clic qui per vedere le foto della canna.)

È stato davvero un risultato rivoluzionario, afferma Shih. I precedenti contenitori di DNA, come gli ottagoni, avevano grandi buchi nelle pareti, ma i ricercatori pensano che le pareti di questa struttura siano piuttosto solide, consentendo teoricamente alla canna di racchiudere in sicurezza tesori di dimensioni nanometriche.

Inoltre, alcune strutture basate sul DNA hanno un'intrinseca flessibilità che fa collassare le forme tridimensionali. Ma il metodo di costruzione utilizzato per creare la canna, allineando una serie di eliche di DNA in una struttura a fogli pieghettati, sembra fornire nuova forza. Sospetto che lo stile di Shih nel realizzare strutture 3D si rivelerà particolarmente rigido, afferma Paul Rothemund , uno scienziato del California Institute of Technology di Pasadena, in California, che ha sviluppato il metodo su cui si basa il progetto.

Rothemund aggiunge che uno degli aspetti più complicati dell'architettura del DNA è confermare che la struttura finita prende la forma del progetto originale. Gli studenti di Harvard hanno fotografato il loro barile di DNA usando un microscopio elettronico, che mostra che è della giusta dimensione e forma. Hanno anche eseguito test preliminari per determinare se la canna può davvero proteggere il suo carico dall'ambiente esterno. Abbastanza sicuro, hanno scoperto che una sostanza chimica posta all'interno della canna è efficacemente schermata da un'altra sostanza chimica che di solito si lega ad essa.

Se gli studenti riescono a far funzionare la loro creazione, supereranno uno dei problemi persistenti con i progetti basati sul DNA: trovare un'applicazione pratica per le minuscole strutture. Se… riusciranno a realizzare contenitori per la consegna di farmaci, dimostrerà che usare il DNA come materiale tecnologico è davvero un'impresa utile! dice Rothemund.

Alla fine, gli studenti sperano di creare un contenitore che possa trasportare qualsiasi tipo di farmaco ed essere mirato a livello molecolare a specifici tipi di cellule. Le terapie più recenti, come quelle a base di geni o proteine, sono spesso difficili da somministrare e devono essere dirette a determinati tessuti. Alcuni devono essere somministrati tramite iniezione o, in alcuni casi sperimentali, infusi direttamente nel cervello. Gli studenti stanno già lavorando su come decorare i barili con diverse molecole che si legano solo a determinate cellule o proteine.

Mentre il lavoro è ancora nella fase iniziale, Shih sogna in grande cosa potrebbe accadere in futuro. È interessante a lungo termine perché abbiamo così tanto controllo sulle forme di questi oggetti, dice. Le persone hanno generato molecole di DNA che agiscono come computer, quindi potresti avere un dispositivo per la somministrazione di farmaci con un computer integrato che esegue calcoli primitivi, prendendo decisioni su quando e dove rilasciare il farmaco. Ovviamente, dice Shih, c'è ancora molto lavoro da fare.

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