(Phys.org) - Le film Fantastic Voyage de 1966 a présenté une vision du futur qui comprend de minuscules machines glissant à travers le corps et réparant les blessures. Près de 50 ans plus tard, les scientifiques découvrent comment former des blocs de construction pour de telles machines à partir de l'ADN.
Un nouvel article dans Science décrit des formes polyédriques basées sur l'ADN qui sont plus grandes et plus solides que celles que les scientifiques ont construites auparavant. À l'heure actuelle, ce ne sont que des formes statiques. Mais ils fournissent l'échafaudage sur lequel les scientifiques pourraient construire des robots marcheurs, ou des cages avec des portes qui s'ouvrent et se ferment. Déjà, les chercheurs discutent de la façon dont de telles structures pourraient être utilisées pour administrer des médicaments précisément à des cellules ou à des endroits particuliers du corps.
"Actuellement, l'auto-assemblage d'ADN est peut-être l'une des méthodes les plus prometteuses pour fabriquer ces machines à l'échelle nanométrique, " dit le co-auteur Yonggang Ke, Doctorat, qui a récemment rejoint le département de génie biomédical Wallace H. Coulter de Georgia Tech et de l'Université Emory en tant que professeur adjoint.
L'équipe de recherche était dirigée par Peng Yin, Doctorat au Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de Harvard. Travailler avec la même équipe, Ke a également été le premier auteur d'un article publié en 2012 dans Science décrivant des "briques d'ADN" ressemblant à des blocs LEGO.
Dans le journal actuel, les formes sont constituées de trépieds renforcés d'entretoises, qui s'assemblent à partir de brins d'ADN individuels dans un processus appelé "origami d'ADN". Déjà, à 5 mégadaltons, chaque trépied est plus massif que la plus grande protéine connue (titine, impliquée dans la contraction musculaire) et plus massive qu'un ribosome, l'une des usines cellulaires dans lesquelles les protéines sont fabriquées. Les trépieds peuvent à leur tour former des structures en forme de prisme, 100 nanomètres de chaque côté, qui commencent à approcher la taille des organites cellulaires telles que les mitochondries.
Les structures prismatiques sont encore trop petites pour être vues au microscope optique. Parce que la microscopie électronique nécessite que les objets soient séchés et aplatis, les chercheurs ont utilisé une technique d'imagerie basée sur la fluorescence appelée "DNA PAINT" pour visualiser les structures ressemblant à une jungle en solution.
L'ADN n'est pas nécessairement le matériau le plus durable pour construire une petite machine. Il est vulnérable aux attaques chimiques, et les enzymes à l'intérieur du corps mâchent facilement l'ADN, extrémités particulièrement exposées. Cependant, L'ADN présente certains avantages :il est facile (et peu coûteux) à synthétiser en laboratoire, et l'appariement des bases d'ADN est sélectif. En réalité, dit Ke, ces structures complexes s'assemblent d'elles-mêmes :rassemblez tous les composants dans un seul tube, et toutes les séquences d'ADN censées s'apparier se retrouvent en solution.
Chaque jambe du trépied est composée de 16 doubles hélices d'ADN, reliés entre eux de manière à contraindre la structure et à la rendre rigide. Les trépieds ont des "extrémités collantes" qui sont sélectives et peuvent s'assembler dans les plus grandes pyramides ou structures de prismes. Les efforts précédents pour construire des structures polyédriques ressemblaient à essayer de faire un gymnase de la jungle avec de la corde :ils étaient trop souples et difficiles à assembler.
Pour voir les structures pyramidales et prismatiques, l'équipe de recherche a utilisé la technique "DNA-PAINT", qui utilise des sondes d'ADN fluorescentes qui se lient de manière transitoire aux structures d'ADN. Cette méthode permet de visualiser des structures qui ne peuvent pas être vues avec un microscope optique conventionnel. Pourquoi ne pas simplement rendre les structures d'ADN elles-mêmes fluorescentes ? Parce qu'une forte lumière sur de telles structures étoufferait rapidement leur signal de fluorescence.
Dans son propre travail à Atlanta, Ke dit qu'il prévoit de personnaliser davantage les structures de l'ADN, combiner l'ADN avec une chimie supplémentaire pour ajouter d'autres molécules fonctionnelles, y compris des protéines ou des nanoparticules. Il s'intéresse particulièrement au développement de matériaux à base d'ADN qui peuvent manipuler ou répondre à la lumière ou transporter des aimants, avec des applications biomédicales potentielles telles que l'imagerie IRM ou l'administration ciblée de médicaments.
