Forskere opretter selvsamlende nanodelenheder, der bevæger sig og ændrer form efter behov

Ved at efterligne naturens designprincipper, et team på Harvards Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Harvard Medical School og Dana-Farber Cancer Institute har skabt nanodevices lavet af DNA, der kan samles selv og kan programmeres til at flytte og ændre form efter behov. I modsætning til eksisterende nanoteknologier, disse programmerbare nanodeenheder er yderst velegnede til medicinske anvendelser, fordi DNA er både biokompatibelt og bionedbrydeligt.

Værket vises i forskuddet den 20. juni online Naturnanoteknologi .

Bygget i størrelsesordenen en milliarddel af en meter, hver enhed er lavet af en cirkulær, enkeltstrenget DNA-molekyle, der, når det er blevet blandet sammen med mange korte stykker komplementært DNA, samler sig selv til en forudbestemt 3D-struktur. Dobbelt spiraler foldes op til større, stive lineære stivere, der forbinder ved at gribe ind i enkeltstrenget DNA. Disse enkelte DNA -tråde trækker stiverne op i en 3D -form - ligesom tethers trækker teltstænger op for at danne et telt. Strukturens styrke og stabilitet skyldes den måde, den fordeler og afbalancerer spændings- og kompressionskræfterne på.

Dette arkitektoniske princip - kendt som tensegrity - har været fokus for kunstnere og arkitekter i mange år, men den findes også i hele naturen. I menneskekroppen, for eksempel, knogler tjener som kompressionsstiver, med muskler, sener og ledbånd, der fungerer som spændingsbærere, der gør os i stand til at stå op mod tyngdekraften. Det samme princip styrer, hvordan celler styrer deres form i mikroskalaen.

"Denne nye selvmonteringsbaserede nanofabrikationsteknologi kan føre til nanoskala medicinsk udstyr og lægemiddelleveringssystemer, såsom virus efterligner, der introducerer lægemidler direkte i syge celler, "sagde medforsker og Wyss Institute-direktør Don Ingber. En nanodeenhed, der kan springe op som reaktion på et kemisk eller mekanisk signal, kan sikre, at lægemidler ikke kun når frem til det tilsigtede mål, men også frigives, når og hvor det ønskes.

Yderligere, nanoskopiske tensegrity -enheder kunne en dag omprogrammere menneskelige stamceller for at regenerere sårede organer. Stamceller reagerer forskelligt afhængigt af kræfterne omkring dem. For eksempel, en stiv ekstracellulær matrix - den biologiske lim omkring celler - fremstillet til at efterligne konsistensen af ​​knoglesignaler stamceller til at blive knogle, mens en suppe matrix tættere på hjernevævs konsistens signalerer væksten af ​​neuroner. Tensegrity nanodeenheder "kan hjælpe os med at justere og ændre stivheden af ​​ekstracellulære matricer i vævsteknik en dag, "sagde første forfatter Tim Liedl, der nu er professor ved Ludwig-Maximilians-Universität i München.

"Disse små schweiziske hærsknive kan hjælpe os med at lave alle slags ting, der kan være nyttige til avanceret lægemiddellevering og regenerativ medicin, "sagde hovedforsker William Shih, Wyss kernefakultetsmedlem og lektor i biologisk kemi og molekylær farmakologi ved HMS og Dana-Farber Cancer Institute. "Vi har også en praktisk biologisk DNA Xerox -maskine, som naturen udviklede for os, "gør disse enheder lette at fremstille.

Denne nye kapacitet "er et velkomment element i den strukturelle DNA -nanoteknologi -værktøjskasse, "sagde Ned Seeman, professor i kemi ved New York University.