211service.com
Vævning af tønder fra DNA
Gode ting kommer virkelig i små pakker, ifølge en gruppe af studerende på Harvard University. De konstruerede en lille beholder - omkring 30 nanometer i diameter - udelukkende lavet af DNA, som en dag kunne bruges til at levere lægemidler eller gen- eller proteinbaserede terapier til specifikke væv i kroppen.
Harvard-studerende designede en DNA-sekvens, der foldes til en lille, hul beholder.
Vi ved, at DNA er et meget stabilt byggemateriale, siger Valerie Hoi-Ting Lau, en af de studerende, der er involveret i projektet. Nu forsøger vi at udnytte det faktum, at det er programmerbart. Lau og andre præsenterede deres tønde på Internationale gensplejsede maskiner konkurrence på MIT tidligere på måneden (se Bizarre Bacterial Creations).
Multimedier
SLIDESHOW: Se tønden
Verden af DNA-arkitektur er eksploderet i de senere år, hvor forskere bygger todimensionelle smiley-ansigter og komplekse kort samt tredimensionelle ottekanter. Kemikalierne, der udgør lange, snoede DNA-molekyler, binder sig sammen efter et forudsigeligt sæt regler, så det er muligt at designe DNA-sekvenser, der vil danne sig i forskellige former.
Mens DNA-arkitektur tidligere tog år at designe og konstruere, giver en metode udviklet tidligere i år en forholdsvis nem måde at programmere DNA til specifikke former (se Gør-det-selv Nanotech). En enkelt lang DNA-streng er besat med kortere udsnit af specialdesignede DNA-sekvenser, der fungerer som den kemiske ækvivalent af hæfteklammer. Hver snippet vil kun binde til et bestemt sted på DNA-molekylet. Strategisk placering af disse hæfteklammer langs DNA-strengen gør det muligt for molekylet at samle sig selv i forskellige former.
Ved at tilpasse denne metode til at bygge tredimensionelle strukturer, eleverne og deres vejleder William Shih , en videnskabsmand fra Harvard, som har været førende inden for DNA-arkitektur, designede en DNA-sekvens, der ville foldes til en lille, hul beholder. Den endelige struktur, som er formet som en åben tønde, består af et enkelt DNA-molekyle, der zigzagger frem og tilbage for at skabe et plisseret ark. Arket er programmeret til at bue rundt om sig selv, hvilket skaber en dobbeltvægget cylinder. (Klik her for at se billeder af tønden.)
Det var virkelig et gennembrudsresultat, siger Shih. Tidligere DNA-beholdere, såsom ottekanter, har haft store huller i deres vægge, men forskere mener, at væggene i denne struktur er ret solide, hvilket teoretisk giver tønden mulighed for sikkert at omslutte skatte i nanostørrelse.
Derudover har nogle DNA-baserede strukturer en iboende diskrethed, der får tredimensionelle former til at kollapse. Men den byggemetode, der blev brugt til at skabe tønden - at opstille en række DNA-spiraler i en plisseret arkstruktur - ser ud til at give ny styrke. Jeg formoder, at Shihs stil med at lave 3D-strukturer vil vise sig at være særlig stiv, siger Paul Rothemund , en videnskabsmand ved California Institute of Technology i Pasadena, CA, som udviklede den metode, som projektet er baseret på.
Rothemund tilføjer, at et af de mest komplicerede aspekter af DNA-arkitektur er at bekræfte, at den færdige struktur tager form af det originale design. Harvard-studerende har taget billeder af deres DNA-tønde ved hjælp af et elektronmikroskop, som viser, at det har den rigtige størrelse og form. De kørte også foreløbige tests for at afgøre, om tønden virkelig kan beskytte sin last mod det ydre miljø. Sikkert nok fandt de ud af, at et kemikalie placeret inde i tønden effektivt er beskyttet mod et andet kemikalie, der normalt binder sig til det.
Hvis eleverne kan få deres kreation til at fungere, vil de overvinde et af de vedvarende problemer med DNA-baserede designs: at finde en praktisk anvendelse til de små strukturer. Hvis … de kan lave beholdere til levering af lægemidler, vil det vise, at brugen af DNA som et teknologisk materiale virkelig er en nyttig virksomhed! siger Rothemund.
I sidste ende håber eleverne på at skabe en beholder, der kan bære enhver form for lægemiddel og være molekylært målrettet til specifikke typer celler. Nyere terapier, såsom dem, der er gen- eller proteinbaserede, er ofte svære at levere og skal rettes mod visse væv. Nogle skal leveres via injektion eller, i nogle få eksperimentelle tilfælde, infunderes direkte i hjernen. Eleverne arbejder allerede på måder at dekorere tønderne med forskellige molekyler, der kun binder sig til bestemte celler eller proteiner.
Mens arbejdet stadig er i den meget tidlige fase, drømmer Shih stort om, hvad der kan ske i fremtiden. Det er interessant på lang sigt, fordi vi har så meget kontrol over formerne på disse genstande, siger han. Folk har genereret DNA-molekyler, der fungerer som computere, så du kunne have en anordning til udlevering af lægemidler, der har en indbygget computer, der udfører primitive beregninger og træffer beslutninger om, hvornår og hvor stoffet skal frigives. Selvfølgelig, siger Shih, er der stadig en del arbejde at gøre.