Des chercheurs du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l'Université Harvard ont créé plus de 100 nanostructures tridimensionnelles (3D) à l'aide de blocs de construction d'ADN qui fonctionnent comme des briques Lego®, une avancée majeure par rapport aux structures bidimensionnelles (2D) de la même équipe. construit il y a quelques mois.

En effet, l'avancée signifie que les chercheurs ne sont plus capables de construire un mur plat de Legos®, à construire une maison. La nouvelle méthode, présenté comme un article de recherche de couverture dans le numéro du 30 novembre de Science , est la prochaine étape vers l'utilisation des nanotechnologies de l'ADN pour des applications plus sophistiquées que jamais auparavant, tels que les dispositifs médicaux « intelligents » qui ciblent les médicaments de manière sélective sur les sites de la maladie, sondes d'imagerie programmables, modèles pour agencer avec précision les matériaux inorganiques dans la fabrication de circuits informatiques de nouvelle génération, et plus.

La technique de nanofabrication, appelé "Auto-assemblage ADN-brique, " utilise court, brins synthétiques d'ADN qui fonctionnent comme des briques Lego® imbriquées. Il capitalise sur la capacité de programmer l'ADN pour qu'il prenne des formes prédéfinies grâce à la "recette" sous-jacente des paires de bases d'ADN :A (adénosine) ne se lie qu'à T (thymine) et C (cytosine) qu'à G (guanine).

Plus tôt cette année, l'équipe Wyss a rapporté dans La nature comment ils pouvaient créer une collection de formes 2D en empilant une brique d'ADN (42 bases de long) sur une autre.

Mais il y a une « torsion » dans la nouvelle méthode requise pour construire en 3D.

L'astuce consiste à commencer avec une brique d'ADN encore plus petite (32 bases de long), qui modifie l'orientation de chaque paire de briques appariées à un angle de 90 degrés, donnant à chaque deux Lego® une forme 3D. De cette façon, l'équipe peut utiliser ces briques pour construire "out" en plus de "up, " et à terme former des structures 3D, comme un cube solide de 25 nanomètres contenant des centaines de briques. Le cube devient un « maître » ADN « toile moléculaire » ; dans ce cas, la toile était composée de 1000 soi-disant "voxels, " qui correspondent à huit paires de bases et mesurent environ 2,5 nanomètres, ce qui signifie qu'il s'agit de l'architecture la plus petite.

Le canevas principal est l'endroit où la modularité entre en jeu :en sélectionnant simplement des sous-ensembles de briques d'ADN spécifiques de la grande structure cubique, l'équipe a construit 102 structures 3D avec des caractéristiques de surface sophistiquées, ainsi que des cavités et des tunnels intérieurs complexes.

"C'est un simple, méthode polyvalente et robuste, " dit Peng Yin, Doctorat., Membre principal du corps professoral de Wyss et auteur principal de l'étude.

Une autre méthode utilisée pour construire des structures 3D, appelé origami ADN, est plus difficile à utiliser pour construire des formes complexes, Yin a dit, car il repose sur un long brin d'ADN "d'échafaudage" qui se replie pour interagir avec des centaines de brins "d'agrafes" plus courts - et chaque nouvelle forme nécessite une nouvelle stratégie de routage d'échafaudage et donc de nouvelles agrafes. En revanche, la méthode de la brique d'ADN n'utilise aucun brin d'échafaudage et a donc une architecture modulaire; chaque brique peut être ajoutée ou retirée indépendamment.

« Nous avançons à une vitesse fulgurante dans notre capacité à concevoir des moyens toujours plus puissants d'utiliser des molécules d'ADN biocompatibles comme éléments structuraux pour la nanotechnologie, qui pourrait avoir une grande valeur pour la médecine ainsi que des applications non médicales, " déclare Don Ingber, directeur fondateur du Wyss Institute, MARYLAND., doctorat