Les scientifiques fabriquent des nanoparticules à partir de brins d'ADN depuis deux décennies, manipulant les liaisons qui maintiennent la forme en double hélice de l'ADN pour sculpter des structures auto-assemblées qui pourraient un jour avoir des applications médicales époustouflantes.
L’étude des nanoparticules d’ADN s’est toutefois principalement concentrée sur leur architecture, transformant le code génétique de la vie en composants destinés à fabriquer de minuscules robots. Deux chercheurs de l'Université d'État de l'Iowa dans le département de génétique, de développement et de biologie cellulaire - le professeur Eric Henderson et le récent doctorant Chang-Yong Oh - espèrent changer cela en montrant que des matériaux nanométriques constitués d'ADN peuvent transmettre leurs instructions génétiques intégrées.
"Jusqu'à présent, la plupart des gens ont exploré les nanoparticules d'ADN d'un point de vue technique. Peu d'attention a été accordée aux informations contenues dans ces brins d'ADN", a déclaré Oh.
Dans un article récent publié dans la revue Scientific Reports , Henderson et Oh ont décrit comment ils ont construit des nanoparticules d'ADN capables d'exprimer le code génétique. Avoir la capacité de porter des gènes augmente le potentiel de la nanotechnologie de l'ADN.
"Ces structures pourraient être à la fois le vecteur et le médicament", a déclaré Henderson.
Henderson et Oh ont déclaré qu'ils faisaient partie des premières équipes de recherche au monde à créer une nanoparticule d'ADN qui exprime son code génétique. La Fondation de recherche de l'Université d'État de l'Iowa a déposé une demande de brevet liée à la recherche en 2023.
Henderson est arrivé dans l’État de l’Iowa en 1987 mais, pendant 14 ans, il a partagé son temps en créant une startup appelée BioForce Nanosciences. Après son retour dans l'État de l'Iowa à plein temps en 2008, il a commencé à travailler sur l'origami ADN, une méthode nouvellement développée permettant de créer des nanostructures complexes auto-assemblées à partir de longs brins simples d'ADN.
Henderson et une ancienne étudiante diplômée, Divita Mathur, aujourd'hui professeur adjoint à l'Université Case Western, ont conçu un biocapteur nanomachine capable de détecter des agents pathogènes.
Ces travaux ont laissé une réflexion persistante :qu’en est-il des gènes que portent ces structures ? L'origami ADN pourrait-il exprimer l'information génétique intégrée en lui-même ?
La première étape consistait à trouver comment créer un origami d'ADN avec des brins simples possédant des séquences génétiques spécifiques, par opposition aux brins traditionnellement utilisés pour créer des nanoparticules.
Cela a pris quelques années. La prochaine étape consistait à déterminer si l'ARN polymérase, une enzyme permettant de fabriquer des molécules d'ARN à partir de codes d'ADN, pouvait naviguer dans les vastes replis de l'origami d'ADN, a déclaré Henderson. Une préoccupation particulière était de savoir si la polymérase serait bloquée par les croisements, les jonctions où les longs brins d'ADN sont reliés par de courts morceaux d'ADN appelés agrafes.
"Il s'avère que ce n'est pas le cas, ce qui est contre-intuitif", a déclaré Henderson.
Bien que les croisements et l'architecture complexe n'arrêtent pas le processus de transcription de production d'ARN, la conception d'une nanostructure d'ADN affecte l'efficacité de la transcription. Les structures denses produisent moins d'ARN, ce qui implique que la conception des nanoparticules pourrait être affinée pour inhiber ou promouvoir les fonctions prévues, a déclaré Oh.
"Nous pourrions créer un système de distribution efficace et ciblé qui aurait du potentiel dans de nombreux domaines, y compris le traitement du cancer", a-t-il déclaré.
Le potentiel de précision fait partie de ce qui fait des nanoparticules d'ADN une possibilité passionnante, a déclaré Henderson.
"L'édition génétique est incroyablement puissante, mais l'une des parties les plus difficiles de l'édition génétique consiste uniquement à éditer les gènes que vous souhaitez modifier. C'est donc le rêve :affiner ces nanoparticules pour cibler certaines cellules et certains tissus", a-t-il déclaré.
Toutefois, les nanoparticules d’ADN présentent d’autres avantages majeurs. Ils sont faciles à fabriquer, peu coûteux et durables. Faire en sorte que les nanoparticules s'auto-assemblent est aussi simple que de chauffer un mélange et de le laisser refroidir, sans aucun équipement spécial nécessaire, a déclaré Oh.
Grâce en partie à l’omniprésence de la recherche sur l’ADN, les brins et les agrafes sont peu coûteux à produire. Bien qu'ils les utilisent quotidiennement, Henderson et Oh travaillent toujours sur un paquet de produits de base achetés auprès d'un fabricant de Coralville il y a plusieurs années pour quelques centaines de dollars.
Et les composants, qui peuvent être stockés sous forme de poudre, ont une longue durée de conservation, même dans les conditions les plus difficiles, a déclaré Henderson. C'est une technologie qui pourrait facilement se propager.
"L'ADN est très stable. Il a été récupéré à partir d'échantillons vieux de plus d'un million d'années", a-t-il déclaré.
Plus d'informations : Chang Yong Oh et al, Transcription in vitro de nanoparticules d'ADN auto-assemblées, Rapports scientifiques (2023). DOI :10.1038/s41598-023-39777-0
Fourni par l'Université d'État de l'Iowa
