Origami di DNA meccanicamente adattabili per migliorare notevolmente il biosensing

Sabina Kaneva ha lasciato il segno nel campo della nanotecnologia ricercando materiali 2D e nanopori per il rilevamento biologico. Qualche anno fa ho raggiunto il mio limite con quest'ultimo. “Con i materiali solidi è possibile creare nanofori di qualsiasi dimensione, ma questi si corroderanno lentamente, rendendoli meno efficaci nel rilevare le biomolecole”, afferma. “I nanopori costituiti da proteine ​​mantengono una dimensione molto precisa, ma di solito sono troppo stretti per trasportare molecole di grandi dimensioni, compresi potenziali farmaci”.

Ho deciso anche di avviare una linea di ricerca sugli origami del DNA, perché questo offriva molte soluzioni possibili. “Volevamo realizzare nanopori intelligenti con dimensioni molto precise che possano essere regolate in qualsiasi momento”, afferma. “Ciò consente inoltre ai pori di distinguere le molecole in base alle dimensioni. Ciò è molto utile per tutti i tipi di applicazioni di trasporto e smistamento ed è impossibile da ottenere con solidi e proteine.”

Origami del DNA

Introdotto nel 2006, l'origami del DNA è un metodo potente e innovativo che utilizza le proprietà uniche del DNA per creare con precisione nanostrutture. “Le tecniche di base per creare qualsiasi forma mono, bi o tridimensionale sono note da molto tempo”, afferma Caneva. “L'ultima innovazione consiste nell'aggiungere funzionalità specifiche collegando componenti utili in modo molto preciso. Prendiamo nanoparticelle, coloranti fluorescenti, enzimi o anticorpi per il rilevamento molecolare.

Nuovo approccio

In qualità di professore assistente presso il Dipartimento di Microingegneria e Microsistemi, Caneva ha un proprio gruppo di otto ricercatori. La particolarità della loro ricerca sugli origami del DNA è che creano strutture meccanicamente adattabili, come i meccanismi di movimento e i pori menzionati sopra. È anche possibile utilizzare altri principi operativi dell'ingegneria meccanica, come cerniere, pinze e rotori. Sebbene ispirati alla meccanica quotidiana, si comportano in modo molto diverso una volta miniaturizzati e in un ambiente liquido dominato dal movimento casuale delle molecole.

Comunicazione cellulare

Un brillante ricercatore post-dottorato ha già riconosciuto l’esistenza di nanopori di dimensioni variabili come prova del concetto. In definitiva, questi dispositivi potrebbero essere utilizzati per rilevare e trasportare biomolecole a seconda delle loro dimensioni, ad esempio per la somministrazione mirata di farmaci. “Ora stiamo misurando ciò che i pori consentono quando sono aperti o chiusi, o quando il loro volume è nel mezzo. Vogliamo anche sviluppare strategie per accelerare questo processo di trasformazione, che attualmente richiede solo pochi minuti.”

I nanopori alterati verranno utilizzati anche per affrontare l'enorme sfida della costruzione di una cellula artificiale, un importante argomento di ricerca alla TU Delft. “La cellula è costruita da zero con tutte le molecole morte e deve essere in grado di crescere, dividersi, percepire e adattarsi all’ambiente – tutte proprietà essenziali della vita”, afferma Caneva. “Vogliamo utilizzare i nanopori come canali di comunicazione nella parete cellulare. Devono far passare i nutrienti, i prodotti di scarto e le molecole segnale.

Il principio di funzionamento è che il grilletto cambia forma una volta che un pezzo di DNA tumorale si lega ad esso. “Attacciamo componenti fluorescenti agli attuatori in modo da poter misurare piccoli cambiamenti di forma utilizzando la luce. In termini di sensibilità, ci aspettiamo di essere in grado di rilevare una singola molecola di DNA.

La forma ottimale del motore rimane aperta. Può essere una pinza, una “X”, un trapezio – qualunque sia la tua scelta, purché possa assumere più forme. Caneva: “Questo rende gli origami DNA molto divertenti. Ci sono poche restrizioni e puoi realizzare quasi tutto ciò che vuoi.