Små nanopakker bygget ud af DNA hjælper videnskabsmænd med at se på, hvordan neuroner fungerer

Et team af videnskabsmænd fra University of Chicago designet en måde at bruge mikroskopiske kapsler lavet af DNA til at levere en nyttelast af bittesmå molekyler direkte ind i en celle. Teknikken, detaljeret 21. august i Nature Nanotechnology, giver forskere en mulighed for at forstå visse interaktioner mellem celler, som tidligere har været svære at spore.

"Det er virkelig en molekylær platform, " sagde Yamuna Krishnan, professor i kemi og medforfatter til undersøgelsen. "Der er et væld af forskningsproblemer fra kardiologi til neurobiologi, der har brug for et system som dette for at studere meget hurtige molekylære fænomener, så det kan bruges på mange forskellige måder."

Celler taler med hinanden i kemiske hvisken, der forekommer for hurtigt til, at forskerne kan studere det nøjagtigt, sagde Krishnan. Hendes team sigtede mod en klasse af sådan kemisk kommunikation, kendt som neurosteroider.

Forskere ved, at neurosteroider er involveret i neuronal sundhed, men de er svære at studere, fordi de opererer på hårtriggere. "I det øjeblik du tilføjer et neurosteroid, neuronen er allerede affyret, " sagde Krishnan.

Forskere ønsker en slag-for-slag-beretning om, hvad der sker i cellen, mens neurosteroidet spiller sin rolle i den indviklede signaldans inde i en neuron. For at gøre det, de havde brug for at få neurosteroiderne til cellen i en lille pakke, slip dem på cue og følg derefter, hvad der sker. Men det er svært at lave et leveringssystem så lufttæt, at det ikke lækker et par molekyler, før alt er sat op.

Til denne opgave, Krishnan havde en løsning:Hendes laboratorium bygger små maskiner ud af DNA. Det er et godt materiale, fordi ligesom et sæt lego, det har standard sammenlåsende stykker, der gør det nemt at indbygge i konfigurationer. Og da det er lavet af dele, der allerede er i kroppen, det kan opløses uskadeligt, når dets formål er opnået.

Laboratoriet lavede små strukturer - ikosaedriske, som en 20-sidet matrice - med to halvdele, der klemmer sammen omkring en nyttelast af molekyler for at danne en kapsel. Hver kapsel er kun 20 nanometer på tværs; det er tusind gange mindre end bredden af ​​et menneskehår.

Det næste trin var at sende dem til vigtige steder inde i kroppen ved at finde de rigtige molekylære "adresser" til bestemte celler, og lim dem på kapslen. (Forskere finder disse adresser ved at studere, hvordan vira og bakterier griber ind på bestemte dele af kroppen.) For at frigøre nyttelasten fra kapslen, videnskabsmændene kaster simpelthen lys over cellerne.

De testede og bekræftede systemet i orme og var i stand til at måle kinetikken af ​​neurosteroiderne, tidligere en uhåndgribelig proces, sagde forfatterne.

En skønne dag, Krishnan sagde, teknologien kan bruges til at levere medicin eller behandling til visse dele af kroppen, men deres var et casestudie for at udforske metoden som en måde at bedre forstå vores egen krop og hvordan de fungerer.