Forskere udvikler nanomaskiner til at diagnosticere sygdom

Forestil dig, at du vil bygge et indviklet arkitekturarbejde, som et slot.

Forestil dig nu, når alle dens individuelle komponenter er samlet, slottet bygger sig selv automatisk. Endelig, forestil dig, at dette slot er så lille, at det måles i samme skala som DNA, vira og små molekyler.

Du er lige kommet ind i den nanoskalaverden, hvor Eric Henderson bor. Og hvis det lyder som magi for dig, måske er du ikke langt væk fra mærket.

"Det er magien ved, hvordan DNA fungerer, sagde Henderson, professor i genetik, udvikling og cellebiologi ved Iowa State University.

Henderson, sammen med sin tidligere kandidatstuderende Divita Mathur, studerer, hvordan man bygger nanomaskiner, der måske snart vil have medicinske anvendelser i virkeligheden. Han og Mathur offentliggjorde for nylig en artikel i den peer-reviewed Videnskabelige rapporter beskriver sit laboratoriums succesfulde indsats for at designe en nanomaskin, der er i stand til at opdage en mockup af Ebola -viruset.

Han sagde, at en sådan maskine ville vise sig værdifuld i udviklingslandene, hvor adgang til diagnostisk medicinsk udstyr kan være sjælden. Han sagde, at hans nanoteknologi kunne fremstilles billigt og let implementeres. Bruges sammen med en smartphone -app, næsten enhver kunne bruge teknologien til at opdage Ebola eller et hvilket som helst antal andre sygdomme og patogener uden behov for traditionelle medicinske faciliteter.

Tricket ligger i at forstå de regler, der styrer, hvordan DNA fungerer, Sagde Henderson.

"Det er muligt at udnytte denne regel på en måde, der skaber fordele for medicin og bioteknologi, " han sagde.

Den ikoniske dobbelt-helix-struktur af DNA betyder, at en DNA-streng kun vil binde med en komplementær side. Endnu bedre, disse kompatible tråde finder hinanden automatisk, som et slot, der bygger sig selv. Henderson udnyttede de samme principper for sine nanomaskiner. Komponenterne, en gang tilsat til vand og derefter opvarmet og afkølet, find hinanden og saml korrekt uden yderligere indsats fra den enkelte, der anvender maskinerne.

Og hvordan "nano" er en nanomaskine? Henderson sagde, at omkring 40 milliarder individuelle maskiner passer i en enkelt dråbe vand.

Maskinerne fungerer som et diagnostisk værktøj, der opdager visse sygdomme på genetisk niveau. For det nyligt udgivne papir, Henderson og Mathur, nu postdoktor ved Center for Biomolekylær Videnskab og Teknik ved Naval Research Laboratory i Washington, D.C., designet maskinerne til at lede efter tegn på ebola, selvom forsøgene i undersøgelsen brugte en mock version af det virale genom og ikke den ægte vare. Henderson anvendte et indlejret fotonisk system, der tester for tilstedeværelsen af ​​målmolekylerne. Hvis maskinerne snuser ud, hvad de leder efter, det fotoniske system blinker et lys, som kan detekteres med en maskine kaldet et fluorometer.

Henderson sagde, at denne slags teknologi kunne modificeres for at finde bestemte slags molekyler eller patogener, giver mulighed for stort set alle, hvor som helst for at køre diagnostiske tests uden adgang til medicinske faciliteter.

Han forestiller sig også en tid, hvor lignende nanoskala -arkitekturer kunne bruges til at levere medicin præcis, hvor det skal hen på det helt rigtige tidspunkt. Disse nanomaskiner, bygget af DNA, i det væsentlige ville indkapsle medicinen og guide den til dens mål.

Henderson sagde, at sådanne fremskridt ikke er så langt uden for rækkevidde af moderne medicin. Det kræver bare, at forskere på området tænker småt. Virkelig lille, I dette tilfælde.