Nanotechnologie

ADN Origami
Une synthèse simple pourrait apporter la conception à l'échelle nanométrique aux masses.

Source : ADN plié pour créer des formes et des motifs à l'échelle nanométrique
P.W.K. Rothemund
La nature 440 (7082) : 297-302

Cette histoire faisait partie de notre numéro de mai 2006

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Résultats: Paul Rothemund, un informaticien de Caltech, a développé une technique simple pour construire des structures bidimensionnelles à l'échelle nanométrique de toute forme ou motif à partir de l'ADN. Jusqu'à présent, il a créé, entre autres, des smileys, les lettres DNA et une carte de l'hémisphère occidental. Ces structures peuvent également être combinées pour former des formes plus grandes. Étant donné que les formes s'auto-assemblent en solution, des milliards d'entre elles peuvent être fabriquées à la fois.

Pourquoi est-ce important: L'ADN est une matière première polyvalente pour les structures à l'échelle nanométrique. Mais les anciennes méthodes d'utilisation de l'ADN comme nanobloc de construction étaient lentes, laborieuses et coûteuses, ce qui limitait leur utilisation à une poignée de laboratoires. La nouvelle technique est assez simple et peu coûteuse pour une utilisation généralisée, dit Rothemund. Étant donné qu'une variété de molécules et de nanoparticules peuvent être liées à l'ADN, la technique pourrait être un moyen de modéliser rapidement des molécules aussi diverses que des protéines et des nanotubes de carbone, conduisant éventuellement à de minuscules dispositifs électroniques ou nanopuces pour étudier les cellules à un niveau de détail sans précédent.

Méthodes : Rothemund commence avec une solution contenant de longs brins d'ADN avec une séquence connue. Il ajoute ensuite des centaines de brins courts différents, chacun avec une séquence conçue pour s'accrocher à deux ou trois sections spécifiques du long brin. Au fur et à mesure que les agrafes se connectent, elles rapprochent ces sections, ce qui fait que le long brin se plie dans la forme souhaitée.

L'étape suivante: L'utilisation de la technique pour fabriquer de l'électronique nécessitera l'invention d'un équivalent nanométrique du transistor. De plus, étant donné que tout processus d'auto-assemblage est sujet aux erreurs, les ingénieurs devront développer des architectures informatiques tolérantes aux pannes. Pour les applications biologiques, telles que les capteurs qui déterminent les types de protéines dans une cellule particulière, les chercheurs devront trouver un moyen fiable de lire les signaux transmis par les minuscules appareils. Rothemund s'attend à ce que les meilleures applications de la nouvelle technique soient encore à imaginer.

Tricoter les nerfs ensemble
Les nanofibres permettent au cerveau et aux tissus rachidiens lésés de se réparer.

Source : Nano Neuro Knitting : échafaudage peptidique en nanofibres pour la réparation du cerveau et la régénération des axones avec retour fonctionnel de la vision
Rutledge Ellis-Behnke et al.
Actes de l'Académie nationale des sciences 103 (13) : 5054-5059

Résultats: En utilisant des nanomatériaux auto-assemblés, les chercheurs du MIT ont restauré la vue de rongeurs endommagés au cerveau. Après avoir coupé une structure dans le cerveau des hamsters nécessaire à la vision, le neuroscientifique Rutledge Ellis-Behnke et ses collègues ont injecté aux animaux une solution contenant de courtes chaînes d'acides aminés, appelées peptides, qui, lorsqu'elles sont en contact avec les fluides cérébraux, s'assemblent en fibres nanométriques. Le maillage de fibres résultant comble le vide laissé par la coupure et empêche la formation de tissu cicatriciel, permettant ainsi aux neurones de repousser et de rétablir les voies de signalisation pré-blessures. Soixante-quinze pour cent des hamsters adultes traités avec la technique ont récupéré une vision suffisante pour détecter et se tourner vers la nourriture.

Pourquoi est-ce important: Les lésions de la moelle épinière et du cerveau causées par des accidents, des accidents vasculaires cérébraux et des maladies affectent des millions d'Américains ; beaucoup de ces personnes ne retrouvent jamais les capacités et les fonctions perdues, en grande partie parce que les tissus cicatriciels et les produits chimiques inhibiteurs empêchent la guérison des tissus endommagés. Au moins sur de courtes distances, le nanomatériau expérimental semble surmonter ces problèmes dans le tissu neural. Le nanomatériau permet aux cellules nerveuses de se développer et de rétablir des connexions, ce qui pourrait restaurer les capacités perdues des patients humains à marcher ou à parler, tout en rétablissant la vue dans ces expériences.

Méthodes : Dans des expériences distinctes sur des hamsters jeunes et adultes, les chercheurs ont découpé une structure cérébrale appelée piste optique, qui transmet des signaux visuels, aveuglant ainsi les hamsters d'un œil. Peu de temps après la coupe, les animaux témoins ont reçu une injection de solution saline sur le site de la blessure, et les animaux de test ont reçu une injection des peptides. Les chercheurs ont ensuite testé la capacité des animaux à voir et à se tourner vers les graines de tournesol et, après les avoir euthanasiés, ont examiné leur tissu cérébral pour mesurer la repousse des neurones.

L'étape suivante: Si les études sur de grands animaux se déroulent bien, le traitement pourrait être testé chez l'homme à partir de trois ans. Pendant ce temps, les chercheurs développent des moyens d'accélérer la repousse nerveuse, dans le but de reconnecter des zones éloignées du cerveau et de la moelle épinière séparées par des blessures plus importantes.

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