​​Les nanotechnologies à partir d’assemblage d’ADN – Acide DésoxyriboNucléique – d’origine biologique ou synthétique, sont de plus en plus utilisées dans les domaines de la biotechnologie, la nanomédecine, la nanophotonique ou encore la nanoélectronique. Les progrès réalisés récemment, qui s’appuient sur les propriétés d’appariement prévisibles des nucléobases, ont permis de concevoir de nombreuses et diverses architectures oligomériques de type cages, LEGO®​ ou origamis. Il est donc apparu nécessaire de disposer de méthodes de caractérisation exhaustive pour mieux définir ces structures afin d’améliorer leur conception. D’une part, les techniques de caractérisation comme l'électrophorèse sur gel, la chromatographie et la diffusion dynamique de la lumière déterminent la taille moyenne en volume des nanostructures ; d’autre part, la microscopie à force atomique et la microscopie électronique permettent des mesures en surface à l’échelle du nanomètre. Cependant, ces techniques ne traitent pas les aspects concernant l'homogénéité et la stabilité de ces architectures biomoléculaires dans différents tampons et milieux biologiques. Elles ne permettent pas non plus d’accéder aux informations sur les produits de repliement et sur les intermédiaires du procédé d’assemblage.

Dans ce cadre, la conception et la caractérisation de nano-pyramides d’ADN, avec une résolution sub-nanométrique sans précédent, ont pu être réalisées par des chercheurs de l’Irig, dans le cadre d’une collaboration internationale avec l’Université de Lille, l’ENS Paris et l’Université de Padoue en Italie. Notamment, les chercheurs ont analysé précisément les paramètres du processus d’auto-assemblage. Ces résultats ont été obtenus grâce à un ensemble d’expertises pluridisciplinaires réunies au sein du consortium, alliant des méthodes de synthèses chimiques et biochimiques, des analyses spectroscopiques par Résonnance Paramagnétique Electronique en mode pulsée, complétées par des approches de dynamique moléculaire.

En s’appuyant sur la maîtrise en ingénierie biomoléculaire développée depuis des années au sein de la plateforme BIOMade de l'Irig, les chercheurs ont synthétisé et assemblé des nanostructures tétraèdriques d’ADN qui ont été marquées précisément ​par deux sondes radicalaires sur les sommets sélectionnés en utilisant la « Chimie Click » (voir Figure). En effet, cette méthode de bio-conjugaison s’opère dans des conditions douces, ne forme pas de sous-produit, et présente une importante sélectivité ainsi qu’un haut rendement de réaction.

​Ces travaux montrent le potentiel de nouveaux outils prédictifs de synthèse et d’analyse pour la préparation d’auto-assemblages à base d’ADN, ou d’autres biopolymères. Ils concernent la conception originale d’architectures dynamiques fonctionnelles, comme par exemple des nanomachines moléculaires chimio-activables, photo-activables, ou bio-activables, pour des applications dans de multiples domaines des nanotechnologies bio-inspirées.

​Figure : m​esure par Résonance Paramagnétique Electronique pulsée de la corrélation entre deux centres radicalaires (ici deux sondes nitroxydes) au sein d’un tétraèdre d’ADN. Les centres actifs sont introduits au sein de la nanostructure grâce à un double-marquage régio-sélectif par « chimie click » des brins d’ADN utilisés comme briques élémentaires. Dans le cas présenté ici, la distance d mesurée (distance entre les deux sondes positionnées au sommet d’un tétraèdre de 17 nucléotides de coté) est en accord parfait avec la taille prédite de 5.6 nm.