Des nanoconcepteurs comme Yan traitent la molécule d'ADN comme un matériau de construction polyvalent, qu'ils espèrent emprunter à la nature et adapter à de nouvelles fins. Dans l'origami ADN traditionnel, une forme bidimensionnelle est d'abord conceptualisée et dessinée. Ce contour polygonal est ensuite rempli à l'aide de courts segments d'ADN double brin, disposés en parallèle. Ces segments peuvent être assimilés à des pixels, des éléments numériques utilisés pour créer des mots et des images affichés sur un écran d'ordinateur.

En effet, Rothemund et d'autres ont pu utiliser des segments d'ADN semblables à des pixels pour composer une variété de formes élégantes en 2 dimensions, (étoiles, losanges, formes de flocon de neige, visages souriants, des mots simples et même des cartes), ainsi que quelques structures tridimensionnelles rudimentaires. Chacun d'eux repose sur les règles simples de l'auto-assemblage guidant l'appariement des bases de nucléotides.

Une fois que la forme désirée a été encadrée par une longueur d'ADN simple brin, De courts « brins d'agrafes » d'ADN intègrent la structure et agissent comme la colle pour maintenir ensemble la forme souhaitée. La séquence nucléotidique du brin d'échafaudage est composée de telle manière qu'elle traverse chaque hélice de la conception, comme un fil serpentin tricotant ensemble un patchwork de tissu. Un renforcement supplémentaire est fourni par les brins d'agrafes, qui sont également préconçus pour se fixer aux régions souhaitées de la structure finie, par appariement de bases.

"Faire des objets courbes nécessite de dépasser l'approximation de la courbure par des pixels rectangulaires. Les gens du terrain s'intéressent à ce problème. Par exemple, Le groupe de William Shih à la Harvard Medical School a récemment utilisé l'insertion et la suppression ciblées de paires de bases dans des segments sélectionnés au sein d'un bloc de construction 3D pour induire la courbure souhaitée. Néanmoins, il reste une tâche ardue de concevoir des courbures subtiles sur une surface 3D, " a déclaré Yan.

« Notre objectif est de développer des principes de conception qui permettront aux chercheurs de modéliser des formes 3D arbitraires avec un contrôle sur le degré de courbure de la surface. En s'échappant d'un modèle en treillis rigide, notre stratégie polyvalente commence par définir les caractéristiques de surface souhaitées d'un objet cible avec l'échafaudage, suivi de la manipulation de la conformation de l'ADN et de la mise en forme des réseaux croisés pour réaliser la conception, " dit Liu.

Pour réaliser cette idée, L'étudiant diplômé de Yan, Dongran Han, a commencé par créer des structures annulaires concentriques simples en 2 dimensions, chaque anneau formé d'une double hélice d'ADN. Les anneaux concentriques sont liés entre eux au moyen de points de croisement stratégiquement placés. Ce sont des régions où l'un des brins d'une double hélice donnée passe à un anneau adjacent, combler l'écart entre les hélices concentriques. De tels croisements aident à maintenir la structure des anneaux concentriques, empêchant l'ADN de s'étendre.

Faire varier le nombre de nucléotides entre les points de croisement et le placement des croisements permet au concepteur de combiner des éléments nets et arrondis dans une seule forme 2D, comme on peut le voir sur la figure 1 a &b, (avec des images d'accompagnement produites par microscopie à force atomique, révélant les structures réelles qui se sont formées par auto-assemblage). Une variété de ces conceptions 2D, comprenant un anneau ouvert à 9 couches et une étoile à trois branches, Ont été produits.

Le réseau de points de croisement peut également être conçu de manière à produire des combinaisons de courbure dans le plan et hors du plan, permettant la conception de nanostructures 3D courbes. Bien que cette méthode montre une grande polyvalence, la gamme de courbure est encore limitée pour l'ADN de forme B standard, qui ne tolérera pas de grands écarts par rapport à sa configuration préférée—10,5 paires de bases/tour. Cependant, comme Jeanette Nangreave, l'un des co-auteurs de l'article explique, "Hao a reconnu que si vous pouviez légèrement tordre ou sous tordre ces hélices, vous pourriez produire différents angles de flexion.

Combinant la méthode des hélices concentriques avec un tel ADN non-forme B (avec 9-12 paires de bases/tour), a permis au groupe de produire des formes sophistiquées, y compris les sphères, hémisphères, des coquilles ellipsoïdes et enfin, comme un tour de force du nanodesign, un nanoflacon à fond rond, qui apparaît sans équivoque dans une série d'images surprenantes de microscopie électronique à transmission (voir figure 1, c-f)

"C'est un bon exemple de travail d'équipe dans lequel chaque membre apporte ses compétences uniques au projet pour faire bouger les choses." Les autres auteurs incluent Suchetan Pal et Zhengtao Deng, qui a également apporté des contributions importantes dans l'imagerie des structures.

Yan espère élargir encore la gamme de nanoformes possibles grâce à la nouvelle technique. Finalement, cela nécessitera des longueurs plus longues d'ADN simple brin capables de fournir l'échafaudage nécessaire pour les plus grands, structures plus élaborées. Il attribue à son brillant étudiant (et premier auteur de l'article) Dongran Han une capacité remarquable à conceptualiser les nanoformes 2 et 3D et à naviguer dans les détails souvent déroutants de leur conception. En fin de compte cependant, des nanoarchitectures plus sophistiquées nécessiteront des programmes de conception assistée par ordinateur, un domaine que l'équipe poursuit activement.

La construction réussie de clos, Les nanoformes 3D comme la sphère ont ouvert la porte à de nombreuses possibilités passionnantes pour la technologie, notamment dans le domaine biomédical. Des nanosphères pourraient être introduites dans des cellules vivantes par exemple, libérant leur contenu sous l'influence d'endonucléases ou d'autres composants digestifs. Une autre stratégie pourrait utiliser des sphères telles que les nanoréacteurs, des sites où des produits chimiques ou des groupes fonctionnels pourraient être réunis pour accélérer des réactions ou effectuer d'autres manipulations chimiques.