Une nouvelle façon de fabriquer des nanostructures 3D à partir d'ADN est décrite dans une étude publiée dans la célèbre revue La nature . L'étude a été menée par des chercheurs du Karolinska Institutet qui ont collaboré avec un groupe de l'université finlandaise Aalto. La nouvelle technique permet de synthétiser des structures d'origami d'ADN 3D qui sont également capables de tolérer les faibles concentrations de sel à l'intérieur du corps, qui ouvre la voie à de toutes nouvelles applications biologiques de la nanotechnologie de l'ADN. Le processus de conception est également hautement automatisé, qui permet la création de nanostructures d'ADN synthétique d'une complexité remarquable.

L'équipe à l'origine de l'étude compare la nouvelle approche à une imprimante 3D pour les structures à l'échelle nanométrique. L'utilisateur dessine la structure souhaitée, sous la forme d'un objet polygone, dans un logiciel 3D normalement utilisé pour la conception ou l'animation assistée par ordinateur. Des algorithmes de théorie des graphes et des techniques d'optimisation sont ensuite utilisés pour calculer les séquences d'ADN nécessaires pour produire la structure.

Lorsque les séquences d'ADN synthétisées sont combinées dans une solution saline, ils s'assemblent dans la structure correcte. L'un des grands avantages de la construction de nanostructures à partir d'ADN est que les bases se lient les unes aux autres par l'élimination des bases de manière prévisible.

"Cette nouvelle méthode permet de concevoir très facilement des nanostructures d'ADN et donne plus de liberté de conception, " déclare le responsable de l'étude Björn Högberg du département de biochimie médicale et de biophysique du Karolinska Institutet. "Nous pouvons maintenant créer des structures impossibles à concevoir auparavant et nous pouvons le faire de la même manière que l'on pourrait dessiner une structure 3D pour échelle macroscopique, mais au lieu de le faire en plastique, nous l'imprimons dans l'ADN à l'échelle nanométrique."

En utilisant cette technique, l'équipe a construit un ballon, spirale, structure en forme de tige et de bouteille, et une impression ADN du soi-disant Stanford Bunny, qui est un modèle de test courant pour la modélisation 3D. En plus d'être plus simple par rapport aux anciennes méthodes de fabrication d'origami ADN, la méthode – surtout – ne nécessite pas de fortes concentrations de sel de magnésium.

"Pour les applications biologiques, la différence la plus cruciale est que nous pouvons maintenant créer des structures qui peuvent être repliées, et rester viable dans, des concentrations physiologiques en sels plus adaptées aux applications biologiques des nanostructures d'ADN, " explique le Dr Högberg.

"Un avantage du processus de conception automatisé est que l'on peut désormais traiter systématiquement des structures même assez complexes. Les méthodes de calcul avancées sont susceptibles d'être un catalyseur clé dans la mise à l'échelle de la nanotechnologie de l'ADN des études fondamentales vers des applications révolutionnaires, " dit le professeur Pekka Orponen, qui a dirigé l'équipe du département d'informatique de l'Université Aalto.

Les applications possibles sont nombreuses. L'équipe du Karolinska Institutet a déjà fabriqué un nano-étrier d'ADN utilisé pour étudier la signalisation cellulaire. La nouvelle technique permet de mener des expériences biologiques similaires d'une manière qui ressemble encore plus aux conditions dans les cellules. Les nanostructures d'ADN ont également été utilisées pour fabriquer des capsules ciblées capables de délivrer des médicaments anticancéreux directement aux cellules tumorales, ce qui peut réduire la quantité de médicaments nécessaires.