Een complex samenspel van moleculaire componenten regelt bijna alle aspecten van de biologische wetenschappen - de ontwikkeling van gezonde organismen, ziekteprogressie, en de werkzaamheid van geneesmiddelen zijn allemaal afhankelijk van de manier waarop de moleculen van het leven in het lichaam op elkaar inwerken. Het begrijpen van deze biomoleculaire interacties is van cruciaal belang voor de ontdekking van nieuwe, effectievere therapieën en diagnostiek om kanker en andere ziekten te behandelen, maar vereist momenteel dat wetenschappers toegang hebben tot dure en uitgebreide laboratoriumapparatuur.

Nutsvoorzieningen, een nieuwe aanpak ontwikkeld door onderzoekers van het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Boston Children's Hospital en Harvard Medical School beloven een veel snellere en goedkopere manier om biomoleculair gedrag te onderzoeken, het openen van de deur voor wetenschappers in vrijwel elk laboratorium over de hele wereld om deel te nemen aan de zoektocht naar het maken van betere medicijnen. De bevindingen zijn gepubliceerd in het februarinummer van Natuurmethoden .

"Biomoleculaire interactieanalyse, een hoeksteen van biomedisch onderzoek, wordt traditioneel bereikt met behulp van apparatuur die honderdduizenden dollars kan kosten, " zei Wyss Associate Faculty-lid Wesley P. Wong, doctoraat, senior auteur van de studie. "In plaats van een nieuw instrument te ontwikkelen, we hebben een hulpmiddel op nanoschaal gemaakt van DNA-strengen dat kan detecteren en rapporteren hoe moleculen zich gedragen, waardoor bijna iedereen biologische metingen kan doen, met alleen gewone en goedkope laboratoriumreagentia."

Wong, die ook assistent-professor is aan de Harvard Medical School in de afdelingen Biologische Chemie &Moleculaire Farmacologie en Kindergeneeskunde en Onderzoeker bij het Programma in Cellulaire en Moleculaire Geneeskunde in het Boston Children's Hospital, noemt de nieuwe tools DNA "nanoswitches".

Nanoschakelaars bestaan ​​uit strengen DNA waaraan interessante moleculen op verschillende plaatsen langs de streng strategisch kunnen worden bevestigd. Interacties tussen deze moleculen, zoals de succesvolle binding van een medicijnverbinding met het beoogde doelwit, zoals een eiwitreceptor op een kankercel, ervoor zorgen dat de vorm van de DNA-streng verandert van een open en lineaire vorm in een gesloten lus. Wong en zijn team kunnen eenvoudig de verhouding tussen open DNA-nanoschakelaars en hun gesloten tegenhangers scheiden en meten door middel van gelelektroforese, een eenvoudige laboratoriumprocedure die al in de meeste laboratoria wordt gebruikt, die elektrische stroom gebruikt om DNA-strengen door kleine poriën in een gel te duwen, ze sorteren op basis van hun vorm

"Onze DNA-nanoschakelaars verlagen drastisch de barrières voor het maken van traditioneel complexe metingen, " zei co-eerste auteur Ken Halvorsen, voorheen van het Wyss Institute en momenteel een wetenschapper aan het RNA Institute aan de Universiteit van Albany. "Al deze benodigdheden zijn algemeen verkrijgbaar en de experimenten kunnen worden uitgevoerd voor centen per monster, wat een verbluffende vergelijking is met de kosten van conventionele apparatuur die wordt gebruikt om biomoleculaire interacties te testen."

Om adoptie van deze methode aan te moedigen, Wong en zijn team bieden gratis materialen aan collega's die hun DNA-nanoschakelaars willen proberen.

"We hebben niet alleen starterkits gemaakt, maar hebben ook een stapsgewijs protocol opgesteld om anderen in staat te stellen deze methode onmiddellijk te implementeren voor onderzoek in hun eigen laboratoria, of klaslokalen", zei co-eerste auteur Mounir Koussa, een doctoraat kandidaat in neurobiologie aan de Harvard Medical School.

"Wesley en zijn team zijn vastbesloten om een ​​impact te hebben op de manier waarop biomoleculair onderzoek wordt gedaan op een fundamenteel niveau, zoals blijkt uit hun inspanningen om deze technologie overal toegankelijk te maken voor laboratoria, " zei Donald Ingber, oprichter van het Wyss Institute, MD, doctoraat, die ook de Judah Folkman-hoogleraar Vasculaire Biologie is aan het Boston Children's Hospital en de Harvard Medical School en een professor in bio-engineering aan de Harvard SEAS. "Biomedische onderzoekers over de hele wereld kunnen deze nieuwe methode meteen gaan gebruiken om te onderzoeken hoe biologische verbindingen interageren met hun doelwitten, het gebruik van algemeen verkrijgbare benodigdheden tegen zeer lage kosten."