(PhysOrg.com) -- Gouden nanodeeltjes -- kleine bolletjes van goud met een diameter van slechts een paar miljardsten van een meter -- zijn nuttige hulpmiddelen geworden in de moderne geneeskunde. Ze zijn opgenomen in miniatuur toedieningssystemen voor medicijnen om de bloedstolling onder controle te houden, en ze zijn ook de belangrijkste componenten van een apparaat, nu in klinische proeven, dat is ontworpen om kwaadaardige tumoren weg te branden.

Echter, één eigenschap van deze deeltjes staat veel nanotechnologische ontwikkelingen in de weg:ze zijn plakkerig. Gouden nanodeeltjes kunnen worden ontworpen om specifieke biomoleculen aan te trekken, maar ze houden zich ook vast aan veel andere onbedoelde deeltjes - waardoor ze vaak inefficiënt zijn in hun toegewezen taak.

MIT-onderzoekers hebben een manier gevonden om van dit nadeel een voordeel te maken. In een artikel dat onlangs is gepubliceerd in American Chemical Society: nano , Universitair hoofddocent Kimberly Hamad-Schifferli van de afdelingen Biologische Technologie en Werktuigbouwkunde en postdoc Sunho Park PhD '09 van de Afdeling Werktuigbouwkunde meldden dat ze de kleverigheid van nanodeeltjes zouden kunnen benutten om de hoeveelheid eiwit die tijdens in vitro translatie wordt geproduceerd te verdubbelen - een belangrijke hulpmiddel dat biologen gebruiken om veilig een grote hoeveelheid eiwit te produceren voor studie buiten een levende cel.

Tijdens de vertaling, groepen biomoleculen komen samen om eiwitten te produceren uit moleculaire sjablonen die mRNA worden genoemd. In-vitro-vertaling maakt gebruik van dezelfde biologische componenten in een reageerbuis (in tegenstelling tot in-vivo-vertaling, die voorkomt in levende cellen), en een door de mens gemaakt mRNA kan worden toegevoegd om de productie van een gewenst eiwit te garanderen. Bijvoorbeeld, als een onderzoeker een eiwit wilde bestuderen dat een cel van nature niet zou produceren, of een gemuteerd eiwit dat in vivo schadelijk zou zijn voor de cel, hij zou in vitro translatie kunnen gebruiken om grote hoeveelheden van dat eiwit te creëren voor observatie en testen. Maar er is een keerzijde aan in vitro vertaling:het is niet zo efficiënt als het zou kunnen zijn. “Misschien krijg je op een dag wat eiwitten, en geen voor de volgende twee, ", legt Hamad-Schifferli uit.

Met financiering van het Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, Hamad-Schifferli en haar collega's wilden aanvankelijk een systeem ontwerpen dat vertaling zou voorkomen. Dit proces, bekend als translatieremming, kan de productie van schadelijke eiwitten stoppen of een onderzoeker helpen bij het bepalen van de eiwitfunctie door celgedrag te observeren wanneer het eiwit is verwijderd. Om dit te bereiken, Hamad-Schifferli hechtte DNA aan gouden nanodeeltjes, in de verwachting dat de grote nanodeeltjes-DNA (NP-DNA) aggregaten de translatie zouden blokkeren.

Ze was ontmoedigd, echter, om te ontdekken dat het NP-DNA de eiwitproductie niet verlaagde zoals verwacht. In feite, ze had enkele verontrustende gegevens die suggereerden dat in plaats van de vertaling te remmen, het NP-DNA versterkte het. “Toen zetten we onze technische petten op, ” herinnert Hamad-Schifferli zich.

Het blijkt dat de kleverige nanodeeltjes de biomoleculen die nodig zijn voor translatie dicht bij elkaar brengen, wat het vertaalproces helpt versnellen. Aanvullend, het DNA-deel van het NP-DNA-complex is ontworpen om te binden aan een specifiek mRNA-molecuul, die zal worden vertaald in een specifiek eiwit. De binding moet strak genoeg zijn om het mRNA op zijn plaats te houden voor translatie, maar los genoeg zodat het mRNA zich ook kan hechten aan de andere moleculen die nodig zijn voor het proces. Omdat het ontworpen DNA-molecuul een specifieke mRNA-partner heeft, dat mRNA in een oplossing van veel vergelijkbare moleculen kan worden versterkt zonder dat het geïsoleerd hoeft te worden.

Naast het verbeteren van in vitro translatie, De NP-DNA-complexen van Hamad-Schifferli kunnen andere toepassingen hebben. Volgens Ming Zheng, een onderzoekschemicus bij het National Institute of Standards and Technology, ze kunnen worden gecombineerd met koolstofnanobuisjes - klein, holle cilinders die ongelooflijk sterk zijn voor hun formaat. Ze kunnen uiteindelijk de hoeksteen zijn van transportsystemen die medicijnen naar cellen of tussen cellen vervoeren. De plakkerigheid van het NP-DNA zou de snelheid en nauwkeurigheid van een dergelijk medicijnafgiftesysteem kunnen verbeteren.

Hoewel Hamad-Schifferli er zeker van is dat haar ontdekking in vitro vertaling betrouwbaarder en efficiënter zal maken, ze is niet klaar. Ze hoopt aan haar systeem te sleutelen om de eiwitproductie in vitro verder te verbeteren, en kijk of het systeem kan worden toegepast om de vertaling in levende cellen te verbeteren. Om deze doelen te helpen bereiken, ze moet experimenten ontwerpen en uitvoeren om te bepalen welke moleculen betrokken zijn bij het verbeteringsproces, en hoe ze met elkaar omgaan. “Het voordeel is dat we geluk hebben gehad, "Hamad-Schifferli zegt, nadenken over haar ontdekking. "Het nadeel is dat het moeilijk zal zijn om uit te zoeken hoe het systeem precies werkt."