En imitant les principes de conception de la nature, une équipe du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de Harvard, La Harvard Medical School et le Dana-Farber Cancer Institute ont créé des nanodispositifs constitués d'ADN qui s'auto-assemblent et peuvent être programmés pour se déplacer et changer de forme à la demande. Contrairement aux nanotechnologies existantes, ces nanodispositifs programmables sont parfaitement adaptés aux applications médicales car l'ADN est à la fois biocompatible et biodégradable.
L'oeuvre paraît dans l'avance du 20 juin en ligne Nature Nanotechnologie .
Construit à l'échelle du milliardième de mètre, chaque dispositif est constitué d'une circulaire, molécule d'ADN simple brin qui, une fois qu'il a été mélangé avec de nombreux petits morceaux d'ADN complémentaire, s'auto-assemble en une structure 3D prédéterminée. Les doubles hélices se replient en plus grandes, entretoises linéaires rigides qui se connectent en intervenant de l'ADN simple brin. Ces simples brins d'ADN tirent les entretoises dans une forme 3D - un peu comme les attaches tirent les poteaux de tente pour former une tente. La résistance et la stabilité de la structure résultent de la façon dont elle répartit et équilibre les forces antagonistes de tension et de compression.
Ce principe architectural, connu sous le nom de tenségrité, est au centre des préoccupations des artistes et des architectes depuis de nombreuses années, mais il existe aussi dans toute la nature. Dans le corps humain, par exemple, les os servent d'entretoises de compression, avec des muscles, tendons et ligaments agissant comme des porteurs de tension qui nous permettent de résister à la gravité. Le même principe régit la façon dont les cellules contrôlent leur forme à l'échelle microscopique.
"Cette nouvelle technologie de nanofabrication basée sur l'auto-assemblage pourrait conduire à des dispositifs médicaux et des systèmes d'administration de médicaments à l'échelle nanométrique, tels que les imitateurs de virus qui introduisent des médicaments directement dans les cellules malades, ", a déclaré le co-investigateur et directeur du Wyss Institute, Don Ingber. Un nanodispositif qui peut s'ouvrir en réponse à un signal chimique ou mécanique pourrait garantir que les médicaments non seulement arrivent à la cible prévue, mais sont également libérés quand et où vous le souhaitez.
Plus loin, Les dispositifs de tenségrité nanoscopiques pourraient un jour reprogrammer les cellules souches humaines pour régénérer les organes blessés. Les cellules souches réagissent différemment selon les forces qui les entourent. Par exemple, une matrice extracellulaire rigide - la colle biologique entourant les cellules - fabriquée pour imiter la consistance de l'os signale aux cellules souches de devenir de l'os, tandis qu'une matrice plus proche de la consistance du tissu cérébral signale la croissance des neurones. Les nanodispositifs de tenségrité "pourraient nous aider un jour à régler et à modifier la rigidité des matrices extracellulaires en ingénierie tissulaire, " a déclaré le premier auteur Tim Liedl, qui est maintenant professeur à Ludwig-Maximilians-Universität à Munich.
"Ces petits couteaux suisses peuvent nous aider à fabriquer toutes sortes de choses qui pourraient être utiles pour l'administration avancée de médicaments et la médecine régénérative, " a déclaré l'enquêteur principal William Shih, Membre principal du corps professoral de Wyss et professeur agrégé de chimie biologique et de pharmacologie moléculaire au HMS et au Dana-Farber Cancer Institute. « Nous avons également une machine Xerox à ADN biologique très pratique que la nature a développée pour nous, " rendant ces appareils faciles à fabriquer.
Cette nouvelle capacité « est un élément bienvenu dans la boîte à outils de la nanotechnologie de l'ADN structurel, " a déclaré Ned Seeman, professeur de chimie à l'Université de New York.
