Il test drive della nanomacchina

Uno straordinario risultato per gli scienziati di Bonn

La nanotecnologia fa un altro passo in avanti a Bonn, dove un team di ricerca ha costruito una nanomacchina capace di muoversi grazie a una minuscola ruota.

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La nanotecnologia è ormai una realtà del nostro mondo quotidiano: nell’edilizia, nella cura della casa, nei rivestimenti per carrozzerie, ecc. Ma certamente, i risultati più attesi da questo settore vengono dalla medicina, dove i futuri nanofarmaci promettono di essere la cura definitiva contro alcuni tipi di tumore e diverse malattie rare. Una buona notizia viene ora da Bonn: scienziati dell’Università e del centro di ricerca Caesar, infatti, hanno utilizzato nanostrutture per costruire una minuscola nanomacchina in grado di muoversi in una direzione specifica su una ruota. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature Nanotechnology.

Un sacco di spazio giù in fondo…

Tra le nanomacchine ci sono strutture di proteine ​​complesse e acidi nucleici che possono eseguire movimenti grazie all’energia chimica. Il principio è noto dai modelli naturali: anche i batteri avanzano, ad esempio, con un flagello. Il team dell’Università di Bonn, il centro di ricerca Caesar e l’Università del Michigan (USA) hanno utilizzato strutture composte da due anelli di DNA. I due anelli si agganciano l’un l’altro come in una catena.

Spiega il professor Michael Famulok dell’istituto Life & Medical Sciences (LIMES) dell’Università di Bonn:

“Un anello svolge la funzione di una ruota, l’altro lo guida come un motore con l’aiuto dell’energia chimica.”

Il piccolo veicolo misura solo circa 30 nanometri (milionesimi di millimetro). Il “carburante” è fornito dalla cosiddetta “T7 RNA polimerasi”. Accoppiato all’anello che funge da motore, questo enzima sintetizza un filamento di RNA derivato dalla sequenza del DNA, utilizzando l’energia chimica rilasciata per il movimento rotatorio dell’anello.

L’autore principale, Dr. Julián Valero, della squadra di Famulok, afferma:

“Mentre la nanomacchina  avanza, il filamento di RNA cresce come una stringa di RNA polimerasi.”

I ricercatori utilizzano questo filo RNA in continua espansione, che è praticamente il prodotto di scarto del disco, per mantenere il piccolo veicolo lungo i contrassegni di una pista a nanotubi.



Un test drive lungo come un…germe!

Attaccato a questa filettatura, la nanomacchina ha percorso circa 240 nanometri nel suo primo test drive.

Continuano Valero e Famulok:

“Era un primo test. La traccia può essere estesa arbitrariamente. Potremo in futuro anche predeterminare quale direzione dovrebbe prendere la macchina”.

Per vedere la nanomacchina al lavoro, si è utilizzato un microscopio a forza atomica che ne ha scansionato la struttura superficiale. Inoltre, il team ha utilizzato marcatori a fluorescenza per verificare che “ruota” della macchina stesse effettivamente ruotando. Sulla base di questi dati, è possibile calcolare la velocità del veicolo: un giro della ruota ha richiesto circa dieci minuti. Non è molto veloce, ma è un grande passo avanti per i ricercatori.

Naturalmente, a differenza delle macchine a scala umana, la nanomacchina degli scienziati di Bonn non è assemblata con cacciavite e chiave inglese. La sua costruzione si basa sul principio di auto-organizzazione. Come nelle cellule viventi, le strutture desiderate sorgono spontaneamente quando i componenti corrispondenti sono resi disponibili.

Spiega Famulok:

“Funziona come un puzzle immaginario. Ogni pezzo del puzzle è progettato per interagire con partner molto specifici. Se riunisci esattamente questi partner in un singolo recipiente, ciascuna particella troverà il suo partner e la struttura desiderata verrà creata automaticamente.”

La lunga strada verso la nanomedicina

Nel frattempo, gli scienziati di tutto il mondo hanno sviluppato numerose nanomacchine e nanomotori. Ma il metodo della squadra di Famulok è un principio completamente nuovo.

Conclude Famulok:

“È un grande passo: non è facile progettare e realizzare in modo affidabile una soluzione di questo tipo su scala nanometrica. È una ricerca di base: dove conduce, ora non è esattamente prevedibile. Con un po’ di immaginazione sono concepibili come possibili applicazioni, per esempio, i computer che fanno passi logici basati su movimenti molecolari. Inoltre, piccole macchine potrebbero portare i farmaci attraverso il flusso sanguigno ai siti di azione. Ma queste sono ancora visioni del futuro”.

Un futuro decisamente promettente, però.

 

Roberto Bovolenta

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