Forskere udvikler en strategi for fremstilling af nanoenheder ved hjælp af DNA-byggesten

Forskere ved Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ved Harvard University har udviklet en metode til at bygge komplekse nanostrukturer ud af korte syntetiske DNA-strenge. Kaldes enkeltstrengede fliser (SST'er), disse sammenlåsende DNA "byggesten, "beslægtet med legos, kan programmeres til at samle sig selv i præcist designede former, såsom bogstaver og humørikoner. Yderligere udvikling af teknologien kunne muliggøre skabelsen af ​​nye enheder i nanoskala, såsom dem, der leverer lægemidler direkte til sygdomssteder.

Teknologien, som er beskrevet i dagens onlineudgave af Natur , blev udviklet af et forskerhold ledet af Wyss kernefakultetsmedlem Peng Yin, Ph.D., som også er assisterende professor i systembiologi ved Harvard Medical School. Andre teammedlemmer inkluderede Wyss postdoktor Bryan Wei, Ph.D., og kandidatstuderende Mingjie Dai.

DNA er bedst kendt som en keeper af genetisk information. Men i et spirende videnskabsområde kendt som DNA-nanoteknologi, det bliver udforsket til brug som et materiale til at bygge små, programmerbare strukturer til forskellige applikationer. Til dato, mest forskning har fokuseret på brugen af ​​en enkelt lang biologisk DNA-streng, som fungerer som en rygrad, langs hvilken mindre tråde binder sig til dets mange forskellige segmenter, at skabe former. Denne metode, kaldet DNA origami, forfølges også på Wyss Institute under ledelse af Core Faculty-medlem William Shih, Ph.D. Shih er også lektor ved Institut for Biologisk Kemi og Molekylær Farmakologi ved Harvard Medical School og Institut for Kræftbiologi ved Dana-Farber Cancer Institute.

Ved at fokusere på brugen af ​​korte strenge af syntetisk DNA og undgå den lange stilladsstreng, Yins team udviklede en alternativ byggemetode. Hver SST er en enkelt, kort DNA-streng. En flise vil låse sammen med en anden flise, hvis den har en komplementær DNA-sekvens. Hvis der ikke er komplementære kampe, blokkene hænger ikke sammen. På denne måde en samling fliser kan samle sig selv til specifikke, forudbestemte former gennem en række sammenlåsende lokale forbindelser.

Ved at demonstrere metoden forskerne skabte lidt over hundrede forskellige designs, inklusive kinesiske tegn, tal, og skrifttyper, bruge hundredvis af fliser til en enkelt struktur på 100 nanometer (milliarddele af en meter) i størrelse. Fremgangsmåden er enkel, robust, og alsidig.

Som syntetisk baserede materialer, SST'erne kunne have nogle vigtige anvendelser inden for medicin. SST'er kunne organisere sig i medicinudleveringsmaskiner, der bevarer deres strukturelle integritet, indtil de når specifikke cellemål, og fordi de er syntetiske, kan gøres yderst biokompatibel.

"Brug af DNA-nanoteknologi til at skabe programmerbare nanoenheder er et vigtigt fokus på Wyss Institute, fordi vi tror så stærkt på dets potentiale til at producere en paradigmeskiftende tilgang til udvikling af ny diagnostik og terapi, " sagde Wyss stiftende direktør, Donald Ingber, M.D., Ph.D.