Wetenschap
(Phys.org) —De film Fantastic Voyage uit 1966 presenteerde een visie op de toekomst met kleine machines die door het lichaam glijden en verwondingen repareren. Bijna 50 jaar later, wetenschappers zijn aan het uitzoeken hoe ze bouwstenen voor dergelijke machines kunnen vormen uit DNA.
Een nieuw artikel in Science beschrijft op DNA gebaseerde veelvlakkige vormen die groter en sterker zijn dan wetenschappers eerder hebben gebouwd. Direct, dit zijn slechts statische vormen. Maar ze bieden de steiger waarop wetenschappers robotwalkers kunnen bouwen, of kooien met deuren die open en dicht gaan. Nu al, onderzoekers praten over hoe dergelijke structuren kunnen worden gebruikt om medicijnen precies naar bepaalde cellen of locaties in het lichaam te brengen.
"Momenteel is DNA-zelfassemblage misschien wel een van de meest veelbelovende methoden om die machines op nanoschaal te maken, " zegt co-auteur Yonggang Ke, doctoraat, die onlangs toetrad tot de Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering aan Georgia Tech en Emory University als assistent-professor.
Het onderzoeksteam werd geleid door Peng Yin, PhD aan het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering van Harvard. Werken met hetzelfde team, Ke was ook eerste auteur van een paper uit 2012 in Wetenschap het beschrijven van "DNA-stenen" die lijken op LEGO-blokken.
In de huidige krant de vormen zijn opgebouwd uit met stut versterkte statieven, die zichzelf samenstellen uit individuele DNA-strengen in een proces dat 'DNA-origami' wordt genoemd. Nu al, bij 5 megadalton, elk statief is massiever dan het grootste bekende enkelvoudige eiwit (titine, betrokken bij spiercontractie) en massiever dan een ribosoom, een van de cellulaire fabrieken waarin eiwitten worden gemaakt. De statieven kunnen op hun beurt prisma-achtige structuren vormen, 100 nanometer aan elke kant, die de grootte beginnen te benaderen van cellulaire organellen zoals mitochondriën.
De prismastructuren zijn nog te klein om met lichtmicroscopen te zien. Omdat elektronenmicroscopie vereist dat objecten worden gedroogd en platgedrukt, de onderzoekers gebruikten een op fluorescentie gebaseerde beeldvormingstechniek genaamd "DNA PAINT" om de jungle-gym-achtige structuren in oplossing te visualiseren.
DNA is niet per se het meest duurzame materiaal voor het bouwen van een kleine machine. Het is kwetsbaar voor chemische aanvallen, en enzymen in het lichaam kauwen gemakkelijk DNA op, vooral blootgestelde uiteinden. Echter, DNA biedt enkele voordelen:het is gemakkelijk (en goedkoop) te synthetiseren in het laboratorium, en DNA-basenparing is selectief. In feite, zegt Ke, deze ingewikkelde structuren assembleren zichzelf:zet alle componenten samen in één buis, en alle DNA-sequenties die verondersteld worden te paren, vinden elkaar in oplossing.
Elke poot van het statief is gemaakt van 16 dubbele DNA-helices, met elkaar verbonden op manieren die de structuur beperken en stijf maken. De statieven hebben "plakkerige uiteinden" die selectief zijn en kunnen worden samengevoegd tot grotere piramides of prismastructuren. Eerdere pogingen om veelvlakkige constructies te bouwen waren als het maken van een klimrek uit touw:ze waren te slap en moeilijk in elkaar te zetten.
Om de piramide- en prismastructuren te zien, het onderzoeksteam gebruikte de "DNA-PAINT"-techniek, die fluorescerende DNA-probes gebruikt die tijdelijk aan de DNA-structuren binden. Deze methode maakt visualisatie mogelijk van structuren die niet kunnen worden gezien met een conventionele lichtmicroscoop. Waarom maken we de DNA-structuren zelf niet gewoon fluorescerend? Omdat het schijnen van sterk licht op dergelijke structuren hun fluorescentiesignaal snel zou doven.
In zijn eigen werk in Atlanta, Ke zegt dat hij van plan is de DNA-structuren verder aan te passen, het DNA combineren met extra chemie om andere functionele moleculen toe te voegen, inclusief eiwitten of nanodeeltjes. Hij is vooral geïnteresseerd in het ontwikkelen van op DNA gebaseerde materialen die licht kunnen manipuleren of erop kunnen reageren of magneten kunnen dragen, met potentiële biomedische toepassingen zoals MRI-beeldvorming of gerichte medicijnafgifte.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com