Vävning av fat från DNA

Bra saker kommer verkligen i små förpackningar, enligt a grupp studenter vid Harvard University. De konstruerade en liten behållare – cirka 30 nanometer i diameter – helt gjord av DNA, som en dag skulle kunna användas för att leverera läkemedel eller gen- eller proteinbaserade terapier till specifika vävnader i kroppen.





Harvard-studenter designade en DNA-sekvens som viks till en liten, ihålig behållare.

Vi vet att DNA är ett mycket stabilt byggmaterial, säger Valerie Hoi-Ting Lau, en av eleverna som är involverade i projektet. Nu försöker vi dra fördel av det faktum att det är programmerbart. Lau och andra presenterade sin tunna på Internationella gentekniska maskiner tävling vid MIT tidigare denna månad (se Bizarre Bacterial Creations).

Multimedia

  • BILDSPEL: Se fatet

Världen av DNA-arkitektur har exploderat de senaste åren, med forskare som bygger tvådimensionella smileys och komplexa kartor, såväl som tredimensionella oktagoner. Kemikalierna som utgör långa, slingrande DNA-molekyler binder samman enligt en förutsägbar uppsättning regler, så det är möjligt att designa DNA-sekvenser som kommer att formas i olika former.



Medan DNA-arkitektur tidigare tog år att designa och konstruera, ger en metod som utvecklats tidigare i år ett relativt enkelt sätt att programmera DNA till specifika former (se Gör-det-själv Nanotech ). En enda lång DNA-sträng är översållad med kortare fragment av specialdesignade DNA-sekvenser som fungerar som den kemiska motsvarigheten till häftklamrar. Varje utdrag kommer bara att binda till en specifik plats på DNA-molekylen. Genom att strategiskt placera dessa häftklamrar längs DNA-strängen kan molekylen självmontera till olika former.

Genom att anpassa denna metod för att bygga tredimensionella strukturer kan eleverna och deras handledare William Shih , en Harvard-forskare som har varit ledande inom DNA-arkitektur, designade en DNA-sekvens som skulle vikas till en liten, ihålig behållare. Den slutliga strukturen, som är formad som en öppen tunna, består av en enda DNA-molekyl som sicksackar fram och tillbaka för att skapa ett veckat ark. Arket är programmerat att böja sig runt sig själv, vilket skapar en dubbelväggig cylinder. (Klick här för att se bilder på tunnan.)

Det var verkligen ett genombrottsresultat, säger Shih. Tidigare DNA-behållare, såsom oktagoner, har haft stora hål i sina väggar, men forskare tror att väggarna i den här strukturen är ganska solida, vilket teoretiskt tillåter tunnan att säkert omsluta skatter i nanostorlek.




Dessutom har vissa DNA-baserade strukturer en inneboende floppighet som gör att tredimensionella former kollapsar. Men byggnadsmetoden som användes för att skapa tunnan - att rada upp en serie DNA-spiraler till en struktur med veckat ark - verkar ge ny styrka. Jag misstänker att Shihs stil att göra 3D-strukturer kommer att visa sig vara särskilt stel, säger Paul Rothemund , en forskare vid California Institute of Technology i Pasadena, CA som utvecklade metoden som projektet bygger på.

Rothemund tillägger att en av de mest komplicerade aspekterna av DNA-arkitektur är att bekräfta att den färdiga strukturen tar formen av den ursprungliga designen. Harvardstudenterna har tagit bilder på sin DNA-tunna med hjälp av ett elektronmikroskop, vilket visar att det har rätt storlek och form. De körde också preliminära tester för att avgöra om tunnan verkligen kan skydda sin last från omgivningen. Visst, de fann att en kemikalie placerad inuti tunnan är effektivt skyddad från en annan kemikalie som vanligtvis binder till den.

Om eleverna kan få sin skapelse att fungera kommer de att övervinna ett av de kvardröjande problemen med DNA-baserade konstruktioner: att hitta en praktisk tillämpning för de små strukturerna. Om … de kan tillverka behållare för leverans av droger, kommer det att visa att användningen av DNA som ett tekniskt material verkligen är ett användbart företag! säger Rothemund.



I slutändan hoppas eleverna på att skapa en behållare som kan bära vilken typ av läkemedel som helst och vara molekylärt inriktad på specifika typer av celler. Nyare terapier, som de som är gen- eller proteinbaserade, är ofta svåra att leverera och måste riktas mot vissa vävnader. Vissa måste tillföras via injektion eller, i några experimentella fall, infunderas direkt i hjärnan. Eleverna arbetar redan med sätt att dekorera faten med olika molekyler som bara binder till vissa celler eller proteiner.

Medan arbetet fortfarande är i en mycket tidig fas, drömmer Shih stort om vad som kan hända i framtiden. Det är intressant på lång sikt eftersom vi har så mycket kontroll över formerna på dessa föremål, säger han. Människor har genererat DNA-molekyler som fungerar som datorer, så du kan ha en läkemedelsleveransenhet som har en inbyggd dator som gör primitiva beräkningar och fattar beslut om när och var läkemedlet ska släppas. Naturligtvis, säger Shih, finns det fortfarande en hel del arbete att göra.

Dölj