Onderzoekers van het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering aan de Harvard University hebben een methode ontwikkeld om complexe nanostructuren te bouwen uit korte synthetische DNA-strengen. Genaamd enkelstrengs tegels (SST's), deze in elkaar grijpende DNA-"bouwstenen, "vergelijkbaar met Lego, kunnen worden geprogrammeerd om zichzelf in nauwkeurig ontworpen vormen te assembleren, zoals letters en emoticons. Verdere ontwikkeling van de technologie zou de creatie van nieuwe apparaten op nanoschaal mogelijk kunnen maken, zoals diegene die medicijnen rechtstreeks aan ziekteplaatsen afleveren.

De technologie, die wordt beschreven in het online nummer van vandaag Natuur , is ontwikkeld door een onderzoeksteam onder leiding van Wyss kernfaculteitslid Peng Yin, doctoraat, die ook een assistent-professor systeembiologie is aan de Harvard Medical School. Andere teamleden waren onder meer Wyss Postdoctoral Fellow Bryan Wei, doctoraat, en afgestudeerde student Mingjie Dai.

DNA is vooral bekend als een bewaarder van genetische informatie. Maar in een opkomend wetenschapsgebied dat bekend staat als DNA-nanotechnologie, het wordt onderzocht voor gebruik als materiaal om kleine, programmeerbare structuren voor diverse toepassingen. Daten, het meeste onderzoek heeft zich gericht op het gebruik van een enkele lange biologische DNA-streng, die fungeert als een ruggengraat waarlangs kleinere strengen binden aan de vele verschillende segmenten, vormen te creëren. Deze methode, genaamd DNA-origami, wordt ook nagestreefd aan het Wyss Institute onder leiding van kernfaculteitslid William Shih, doctoraat Shih is ook universitair hoofddocent bij de afdeling Biologische Chemie en Moleculaire Farmacologie aan de Harvard Medical School en de afdeling Kankerbiologie van het Dana-Farber Cancer Institute.

Door te focussen op het gebruik van korte strengen synthetisch DNA en het vermijden van de lange steigerstreng, Het team van Yin ontwikkelde een alternatieve bouwmethode. Elke SST is een enkele, korte DNA-streng. Een tegel zal in elkaar grijpen met een andere tegel, als het een complementaire DNA-sequentie heeft. Als er geen complementaire overeenkomsten zijn, de blokken sluiten niet aan. Op deze manier, een verzameling tegels kan zichzelf samenstellen tot specifieke, vooraf bepaalde vormen door een reeks in elkaar grijpende lokale verbindingen.

Bij het demonstreren van de methode, de onderzoekers maakten iets meer dan honderd verschillende ontwerpen, inclusief Chinese karakters, nummers, en lettertypen, honderden tegels gebruiken voor een enkele structuur van 100 nanometer (miljardste van een meter) groot. De aanpak is eenvoudig, robuust, en veelzijdig.

Als materialen op synthetische basis, de SST's zouden enkele belangrijke toepassingen in de geneeskunde kunnen hebben. SST's kunnen zichzelf organiseren in medicijnafgiftemachines die hun structurele integriteit behouden totdat ze specifieke celdoelen bereiken, en omdat ze synthetisch zijn, kan zeer biocompatibel worden gemaakt.

"Het gebruik van DNA-nanotechnologie om programmeerbare nanodevices te maken is een belangrijk aandachtspunt bij het Wyss Institute, omdat we zo sterk geloven in het potentieel om een ​​paradigmaverschuivende benadering te produceren voor de ontwikkeling van nieuwe diagnostiek en therapieën, " zei Wyss oprichter, Donald Ingber, MD, doctoraat