De DNA-origamitechniek is een veelgebruikte methode om complexe, maar goed gedefinieerde nanostructuren, met toepassingen in de biofysica, moleculaire biologie, evenals medicijn- en enzymafgifte. Een grote uitdaging, echter, is geweest in het bereiken van langdurige stabiliteit onder de omstandigheden die vereist zijn voor deze toepassingen.

Tot nu, de techniek vereist hoge magnesiumconcentraties die ver boven die in het menselijk lichaam liggen.

"Conventionele DNA-origami-assemblage vereist magnesiumgehaltes die gemakkelijk 10-30 keer zo hoog zijn als die in normale fysiologische omstandigheden. Met onze methode, we kunnen onder een duizendste van de eerder gerapporteerde minimale magnesiumconcentratie gaan, " zegt adjunct-professor Veikko Linko van Aalto University, die samen met Dr. Adrian Keller van Paderborn University de studie leidde.

De sleutel tot de door de onderzoekers ontwikkelde zachte bufferuitwisselingsmethode is het efficiënt verwijderen van vrije ionen uit de bufferoplossing, maar niet alle resterende magnesium uit de nanostructuren. Eerder onderzoek heeft lage magnesiumgehaltes geïdentificeerd als een van de meest kritische parameters die de stabiliteit van DNA-origami in celkweekmedia verminderen.

"We ontdekten - vrij verrassend - dat alleen Tris en zuiver water goed werkten met lage magnesiumgehaltes voor alle soorten constructies, ", legt Linko uit.

Tris is een veelgebruikt onderdeel van gebruikte bufferoplossingen, bijvoorbeeld, in biochemische toepassingen. Bevindingen tonen aan dat op fosfaat gebaseerde buffers met een voldoende hoge concentratie natrium of kalium ook DNA-origami kunnen stabiliseren.

De studie onderzocht de stabiliteit van quasi-eendimensionale, tweedimensionale en driedimensionale DNA-origami-objecten. De nanostructuren die met behulp van de techniek zijn bereikt, vertoonden een sterke structurele integriteit, onderhouden, zelfs voor langere tijd.

"We kunnen de structuren weken en zelfs maanden opslaan in omstandigheden met een laag magnesiumgehalte zonder structurele defecten te zien. Deze bevindingen kunnen de weg vrijmaken voor een overvloed aan biomedische toepassingen die eerder voor onmogelijk werden gehouden, zoals bijvoorbeeld fluoroforen en veel enzymen zijn gevoelig voor magnesiumgehaltes, ", stelt Linko voor.

De onderzoekers merkten verder op dat hoe strakker de helices in hun DNA-objecten waren, hoe gevoeliger ze waren voor het milieu in omstandigheden met een laag magnesiumgehalte. Dit suggereert dat de stabiliteit van DNA-origami kan worden verbeterd door de ontwerpprocedure te optimaliseren.