Nati sotto una buona stellina… di DNA

Martedì, 25 Ottobre, 2016

Molecole artificiali di DNA consentono di costruire materiali del futuro che sembrano sfidare le leggi della fisica. L’esperimento condotto da un team della Sapienza e pubblicato su Nature Communications mostra come realizzare, usando solo DNA, un gel dalle proprieta’ altamente inusuali.

Il DNA non è solo la molecola della vita, il supporto biologico che contiene e esprime il patrimonio genetico di ogni individuo. Il DNA è anche la materia prima del futuro: facilmente reperibile e a basso costo, la molecola si presta ad essere utilizzata per realizzare materiali di ultima generazione molto versatili e biocompatibili. In particolare i ricercatori, selezionando opportune sequenze di basi nucleiche, sono riusciti ad ottenere gel completamente formati da DNA, dotati di un singolare comportamento termico, che solidificano sia raffreddando che riscaldando.
Ad alte temperature (90°C) le sequenze rimangono isolate; man mano che la temperatura scende (tra gli 80°C e i 60°C) le sequenze si appaiano tra loro formando spontaneamente super-molecole con quattro braccia, stelline di dimensioni nanometriche. Abbassando ancora la temperatura (intorno ai 40°C) le stelline si organizzano in una rete altamente interconnessa, che gli scienziati chiamano gel di DNA. Durante il raffreddamento, come nei materiali comuni, la viscosità del sistema aumenta progressivamente. Un esempio classico di tale aumento è fornito dal raffreddamento del miele.

Il team guidato dal fisico Francesco Sciortino ha dimostrato in un esperimento appena pubblicato sulla rivista Nature Communications, che è possibile disegnare le sequenze di DNA in modo tale che il gel, una volta formato, sovverta il comportamento usuale ed inizi a liquefarsi con ulteriore raffreddamento. E’ stato dunque creato un materiale termo-reversibile e biocompatibile, fluido a temperatura ambiente ed altamente viscoso alla temperatura corporea di 37°C. Tale materiale è quindi iniettabile con facilità ma solidifica immediatamente all’ interno dei tessuti. Una delle applicazioni più interessanti potrebbe proprio essere quella di incapsulare nel gel rientrante farmaci che rilasciano i principi attivi in tempi molto lenti o che consentono di bloccare rapidamente un’emorragia in corso.
Commenta il Prof. Sciortino: “Il risultato ottenuto nasce da uno sforzo sinergico di diverse competenze che hanno coinvolto i biologi della Sapienza e del CNR-IBPM e i gruppi dell’Università di Milano e Venezia. In particolare, dalla selezione delle sequenze di DNA ottimali e dalla loro simulazione al calcolatore si è passati per la messa a punto analitica delle proprietà meccaniche e infine alla realizzazione in laboratorio. E’ stato estremamente soddisfacente osservare come il materiale progettato teoricamente abbia progressivamente preso forma, funzionando secondo le aspettative previste dagli studi teorici”. Conclude Sciortino: “Lo studio conferma che il DNA entrerà sempre più nel nostro futuro … e non solo per la sua valenza biologica”.

Rappresentazione schematica delle sequenze di DNA in soluzione, isolate ad alta temperatura (90°C), associate in forma di stelline (70°C), aggregate a loro volta in una rete interconnessa (37°C) e ri-dissolte come stelline isolate abbassando ulteriormente la temperatura (20°C).

Info: 
Francesco Sciortino
francesco.sciortino@uniroma1.it
Phone: (+39) 0649913799