Ny DNA-origami-teknik lover fremskridt inden for medicin

En ny teknik til at opbygge DNA-strukturer på et mikroskopisk niveau har potentialet til at fremme lægemiddellevering og sygdomsdiagnose, antyder en undersøgelse.

Et team af videnskabsmænd fra universiteterne i Portsmouth og Leicester i Storbritannien har udviklet en innovativ måde at tilpasse og styrke DNA-origami.

DNA origami er metoden til at skabe nanostrukturer med bemærkelsesværdig præcision ved hjælp af DNA-strenge som byggesten. Disse strukturer er imidlertid sarte og kan let falde fra hinanden under biologiske forhold, såsom ændringer i temperatur eller eksponering for visse enzymer, der findes i levende organismer.

I et papir, offentliggjort i Journal of the American Chemical Society , har forskere præsenteret en unik måde at gøre origami-strukturerne stærkere og mere alsidige i en one-pot-reaktion, via en proces kendt som triplex-directed photo-cross-linking.

Ved strategisk at modificere DNA-strenge under designprocessen var de i stand til at introducere yderligere nukleotidsekvenser – som er de grundlæggende byggesten i DNA – der tjener som tilknytningspunkter for funktionelle molekyler.

Vedhæftning af molekylerne blev opnået ved at anvende triplex-dannende oligonukleotider, der bærer et tværbindingsmiddel. De brugte derefter en kemisk proces, der involverede UVA-lys til permanent at forbinde disse molekyler med DNA-formerne.

En særlig fordel ved denne tilgang er genereringen af ​​"superhæfteklammer", der virker til at væve strukturen sammen. Papiret siger, at tværbinding til områder uden for origami-kernen dramatisk reducerer strukturens følsomhed over for varme og demontering af enzymer.

Seniorforfatter, Dr. David Rusling fra University of Portsmouth's School of Pharmacy and Biomedical Sciences, sagde:"De potentielle anvendelser af denne teknik er vidtrækkende. Evnen til at skræddersy DNA-origami-strukturer med specifikke funktionaliteter har et enormt løfte om at fremme medicinske behandlinger. og diagnostik.

"Vi forestiller os en fremtid, hvor DNA-origami-strukturer kan bruges til at levere lægemidler eller DNA direkte til syge celler eller til at skabe meget følsomme diagnostiske værktøjer."

Nuværende anvendelser af DNA-origami i biomedicin omfatter vacciner, biologiske nanosensorer, lægemiddellevering, strukturel biologi og leveringsmidler til genetiske materialer.

Medforfatter Dr. Andrey Revyakin, tidligere fra University of Leicester, sagde:"Mit laboratorium har kæmpet i årevis for at lave DNA-origami-strukturer, der forbliver funktionelle i virkelige biologiske applikationer. Dr. Ruslings triplex-baserede metode, som 'opgraderer ' den klassiske DNA-dobbelthelix med en ekstra, tredje streng, stabiliserer DNA-formerne og gør det med stor præcision uden at påvirke molekylets funktionelle moduler."

Avisen siger, at den nye strategi er skalerbar og omkostningseffektiv, da den fungerer sammen med eksisterende origami-strukturer, ikke kræver omlægning af stilladset og kan opnås med kun én DNA-streng.

Dr. Rusling tilføjede:"Det, der virkelig er spændende ved denne teknik, er, at den ikke ændrede den underliggende origami DNA-sekvens, hvilket giver mulighed for at bruge disse strukturer som bærere for syntetiske gener."

Flere oplysninger: Shantam Kalra et al., Functionalizing DNA Origami af Triplex-Directed Site-Specific Photo-Cross-Linking, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.4c03413

Journaloplysninger: Tidsskrift for American Chemical Society

Leveret af University of Portsmouth