Tisser des barils à partir de l'ADN

Les bonnes choses viennent vraiment en petits paquets, selon un groupe d'étudiants à l'Université Harvard. Ils ont construit un minuscule récipient d'environ 30 nanomètres de diamètre entièrement composé d'ADN, qui pourrait un jour être utilisé pour administrer des médicaments ou des thérapies à base de gènes ou de protéines à des tissus spécifiques du corps.

Des étudiants de Harvard ont conçu une séquence d'ADN qui se replie dans un petit récipient creux.

Nous savons que l'ADN est un matériau de construction très stable, déclare Valerie Hoi-Ting Lau, l'une des étudiantes impliquées dans le projet. Maintenant, nous essayons de profiter du fait qu'il est programmable. Lau et d'autres ont présenté leur baril au Machines internationales génétiquement modifiées compétition au MIT plus tôt ce mois-ci (voir Bizarre Bacterial Creations ).

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• DIAPORAMA : Voir le baril

Le monde de l'architecture de l'ADN a explosé ces dernières années, les scientifiques construisant des smileys bidimensionnels et des cartes complexes, ainsi que des octogones tridimensionnels. Les produits chimiques qui composent les longues molécules d'ADN sinueuses se lient selon un ensemble prévisible de règles, il est donc possible de concevoir des séquences d'ADN qui prendront différentes formes.

Alors que la conception et la construction de l'architecture de l'ADN prenaient auparavant des années, une méthode développée plus tôt cette année offre un moyen relativement simple de programmer l'ADN dans des formes spécifiques (voir Do-It-Yourself Nanotech ). Un seul long brin d'ADN est parsemé d'extraits plus courts de séquences d'ADN spécialement conçues qui agissent comme l'équivalent chimique des agrafes. Chaque extrait ne se liera qu'à un endroit spécifique de la molécule d'ADN. Le placement stratégique de ces agrafes le long du brin d'ADN permet à la molécule de s'auto-assembler sous différentes formes.

En adaptant cette méthode pour construire des structures tridimensionnelles, les étudiants et leur conseiller William Shih , un scientifique de Harvard qui a été un chef de file dans l'architecture de l'ADN, a conçu une séquence d'ADN qui se replierait dans un minuscule récipient creux. La structure finale, qui a la forme d'un tonneau ouvert, se compose d'une seule molécule d'ADN qui zigzague d'avant en arrière pour créer une feuille plissée. La feuille est programmée pour se courber sur elle-même, créant un cylindre à double paroi. (Cliquez sur ici pour voir des photos du canon.)

C'était vraiment un résultat révolutionnaire, dit Shih. Les conteneurs d'ADN précédents, tels que les octogones, avaient de grands trous dans leurs parois, mais les chercheurs pensent que les parois de cette structure sont assez solides, permettant théoriquement au baril d'enfermer en toute sécurité des trésors nanométriques.

De plus, certaines structures basées sur l'ADN ont une instabilité inhérente qui fait s'effondrer les formes tridimensionnelles. Mais la méthode de construction utilisée pour créer le tonneau – alignant une série d'hélices d'ADN dans une structure en feuille plissée – semble apporter une nouvelle force. Je soupçonne que le style de Shih pour créer des structures 3D s'avérera particulièrement rigide, dit Paul Rothemond , un scientifique du California Institute of Technology de Pasadena, en Californie, qui a développé la méthode sur laquelle repose le projet.

Rothemund ajoute que l'un des aspects les plus compliqués de l'architecture de l'ADN est de confirmer que la structure finie prend la forme de la conception originale. Les étudiants de Harvard ont pris des photos de leur baril d'ADN à l'aide d'un microscope électronique, ce qui montre qu'il est de la bonne taille et de la bonne forme. Ils ont également effectué des tests préliminaires pour déterminer si le baril peut vraiment protéger sa cargaison de l'environnement extérieur. Effectivement, ils ont découvert qu'un produit chimique placé à l'intérieur du canon est efficacement protégé d'un autre produit chimique qui s'y lie habituellement.

Si les étudiants parviennent à faire fonctionner leur création, ils surmonteront l'un des problèmes persistants des conceptions basées sur l'ADN : trouver une application pratique pour les minuscules structures. Si … ils peuvent fabriquer des conteneurs pour la livraison de médicaments, cela démontrera que l'utilisation de l'ADN comme matériel technologique est vraiment une entreprise utile ! dit Rothemund.

En fin de compte, les étudiants espèrent créer un conteneur pouvant contenir n'importe quel type de médicament et cibler moléculairement des types de cellules spécifiques. Les thérapies plus récentes, telles que celles basées sur les gènes ou les protéines, sont souvent difficiles à administrer et doivent être dirigées vers certains tissus. Certains doivent être administrés par injection ou, dans quelques cas expérimentaux, perfusés directement dans le cerveau. Les étudiants travaillent déjà sur des façons de décorer les barils avec différentes molécules qui ne se lient qu'à certaines cellules ou protéines.

Alors que le travail n'en est qu'à ses débuts, Shih rêve grand de ce qui pourrait arriver à l'avenir. C'est intéressant à long terme parce que nous avons tellement de contrôle sur les formes de ces objets, dit-il. Les gens ont généré des molécules d'ADN qui agissent comme des ordinateurs, vous pourriez donc avoir un dispositif d'administration de médicaments doté d'un ordinateur embarqué qui effectue des calculs primitifs, prenant des décisions sur le moment et l'endroit où libérer le médicament. Bien sûr, dit Shih, il reste encore beaucoup de travail à faire.

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