Nanotecnologia

DNA Origami
La semplice sintesi potrebbe portare il design su scala nanometrica alle masse.

Fonte: piegare il DNA per creare forme e motivi in ​​nanoscala
P.W.K. Rothemund
Natura 440 (7082): 297-302

Questa storia faceva parte del nostro numero di maggio 2006

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Risultati: Paul Rothemund, un informatico del Caltech, ha sviluppato una tecnica semplice per costruire strutture bidimensionali su scala nanometrica di qualsiasi forma o modello dal DNA. Finora ha realizzato, tra le altre cose, faccine sorridenti, le lettere DNA e una mappa dell'emisfero occidentale. Queste strutture possono anche essere combinate per formare forme più grandi. Poiché le forme si autoassemblano in soluzione, se ne possono realizzare miliardi contemporaneamente.

Perchè importa: Il DNA è una materia prima versatile per strutture su scala nanometrica. Ma i metodi del passato per utilizzare il DNA come nanoparticelle erano lenti, laboriosi e costosi, il che limitava il loro uso a una manciata di laboratori. La nuova tecnica è abbastanza semplice ed economica per un uso diffuso, afferma Rothemund. Poiché una varietà di molecole e nanoparticelle può essere collegata al DNA, la tecnica potrebbe essere un modo per modellare rapidamente molecole diverse come proteine ​​e nanotubi di carbonio, portando eventualmente a minuscoli dispositivi elettronici o nanoarray per studiare le cellule a un livello di dettaglio senza precedenti.

metodi: Rothemund inizia con una soluzione contenente lunghi filamenti di DNA con una sequenza nota. Quindi aggiunge centinaia di diversi fili di punti corti, ciascuno con una sequenza progettata per agganciarsi a due o tre sezioni specifiche del filo lungo. Quando le graffette si collegano, uniscono queste sezioni, facendo piegare il lungo filo nella forma desiderata.

Passo successivo: L'uso della tecnica per realizzare l'elettronica richiederà l'invenzione di un equivalente su scala nanometrica del transistor. Inoltre, poiché qualsiasi processo di autoassemblaggio è soggetto a errori, gli ingegneri dovranno sviluppare architetture di computer tolleranti ai guasti. Per le applicazioni biologiche, come i sensori che determinano i tipi di proteine ​​in una particolare cellula, i ricercatori dovranno trovare un modo affidabile per leggere i segnali trasmessi dai minuscoli dispositivi. Rothemund si aspetta che le migliori applicazioni della nuova tecnica debbano ancora essere immaginate.

Riunire i nervi a maglia
Le nanofibre consentono al cervello danneggiato e al tessuto spinale di ripararsi.

Fonte: Nano Neuro Knitting: impalcatura di nanofibre di peptidi per la riparazione del cervello e la rigenerazione degli assoni con ritorno funzionale della vista
Rutledge Ellis-Behnke et al.
Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze 103 (13): 5054-5059

Risultati: Utilizzando nanomateriali autoassemblanti, i ricercatori del MIT hanno ripristinato la vista dei roditori danneggiati dal cervello. Dopo aver tagliato una struttura nel cervello dei criceti necessaria per la vista, il neuroscienziato Rutledge Ellis-Behnke e colleghi hanno iniettato negli animali una soluzione contenente brevi catene di amminoacidi, chiamati peptidi, che a contatto con i fluidi cerebrali si assemblano in fibre su scala nanometrica. La risultante rete di fibre colma il vuoto lasciato dal taglio e impedisce la formazione di tessuto cicatriziale, consentendo così ai neuroni di ricrescere e ristabilire le vie del segnale pre-lesione. Il settantacinque percento dei criceti adulti trattati con la tecnica ha recuperato una vista sufficiente per rilevare e voltarsi verso il cibo.

Perchè importa: Le lesioni al midollo spinale e al cervello dovute a incidenti, ictus e malattie colpiscono milioni di americani; molte di queste persone non riacquistano mai capacità e funzioni perdute, soprattutto perché il tessuto cicatriziale e le sostanze chimiche inibitorie impediscono la guarigione dei tessuti danneggiati. Almeno su brevi distanze, il nanomateriale sperimentale sembra superare questi problemi nel tessuto neurale. Il nanomateriale consente alle cellule nervose di crescere e ristabilire le connessioni, il che potrebbe ripristinare le capacità perdute dei pazienti umani di camminare o parlare, anche se ha ripristinato la vista in questi esperimenti.

metodi: In esperimenti separati su criceti giovani e adulti, i ricercatori hanno tagliato una struttura cerebrale chiamata traccia ottica, che trasmette segnali visivi, accecando così i criceti da un occhio. Subito dopo il taglio, gli animali di controllo hanno ricevuto un'iniezione di soluzione salina nel sito della lesione e gli animali di prova hanno ricevuto un'iniezione dei peptidi. I ricercatori hanno quindi testato gli animali per la capacità di vedere e voltarsi verso i semi di girasole e, dopo averli soppressi, hanno esaminato il loro tessuto cerebrale per misurare la ricrescita dei neuroni.

Passo successivo: Se gli studi su animali di grandi dimensioni andranno bene, il trattamento potrebbe essere testato sull'uomo a partire da tre anni. Nel frattempo, i ricercatori stanno sviluppando modi per accelerare la ricrescita dei nervi, con l'obiettivo di ricollegare aree distanti del cervello e del midollo spinale separate da lesioni più grandi.

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