Onderzoekers van de Aalto University hebben een artikel gepubliceerd in de recente Trends in biotechnologie logboek. Het artikel bespreekt hoe DNA-moleculen kunnen worden geassembleerd tot op maat gemaakte en complexe nanostructuren, en verder, hoe deze structuren kunnen worden gebruikt in therapeutische en bionanotechnologische toepassingen. In het overzichtsartikel, schetsen de onderzoekers de superieure eigenschappen van DNA-nanostructuren, en hoe deze eigenschappen de ontwikkeling van efficiënte biologische DNA-nanomachines mogelijk maken. Bovendien, deze DNA-nanostructuren bieden nieuwe toepassingen in de moleculaire geneeskunde, zoals nieuwe benaderingen bij het aanpakken van kanker. Op maat gemaakte DNA-structuren kunnen gerichte cellen vinden en hun moleculaire lading (medicijnen of antilichamen) selectief in deze cellen afgeven.

"Vandaag de dag, software en technieken om DNA-nanostructuren te ontwerpen en te simuleren zijn extreem krachtig en gebruiksvriendelijk, en daarom, onderzoekers kunnen eenvoudig hun eigen DNA-objecten construeren voor verschillende doeleinden. De grote hausse op het gebied van structurele DNA-nanotechnologie vond plaats in 2006, toen Paul Rothemund een techniek introduceerde die 'DNA-origami' werd genoemd. Deze methode is het startpunt voor praktisch alle andere eenvoudige ontwerpbenaderingen die tegenwoordig beschikbaar zijn", beschrijft Veikko Linko, een postdoctoraal onderzoeker van de Academie van Finland van de Biohybrid Materials Group.

Veelzijdige DNA-nanostructuren

Het belangrijkste kenmerk van een op DNA gebaseerde nanostructuur is de modulariteit. DNA-structuren kunnen worden gefabriceerd met nanometer-precisie, en vooral, andere moleculen zoals RNA, eiwitten, peptiden en medicijnen kunnen er met dezelfde resolutie aan worden verankerd. Een dergelijke hoge nauwkeurigheid kan worden benut bij het maken van optische apparaten van nanogrootte, evenals moleculaire platforms en streepjescodes voor verschillende beeldvormingstechnieken en analyses. Verder, de onderzoekers van Aalto University en University of Jyväskylä hebben onlangs aangetoond hoe DNA-origami's kunnen worden gebruikt bij de efficiënte fabricage van op maat gemaakte metalen nanodeeltjes die op verschillende gebieden van de materiaalwetenschappen kunnen worden gebruikt.

Voor moleculaire geneeskunde, kleine op DNA gebaseerde apparaten kunnen niet alleen worden gebruikt voor het detecteren van afzonderlijke moleculen, maar ook voor het moduleren van celsignalering. In de nabije toekomst, zeer geavanceerde DNA-robots zouden zelfs kunnen worden gebruikt bij het creëren van kunstmatige immuunsystemen. Een systeem op basis van op maat gemaakte DNA-apparaten zou kunnen helpen om onnodige medicamenteuze behandelingen te voorkomen, omdat geprogrammeerde DNA-nanorobots verschillende agentia uit de bloedstroom konden detecteren, en start onmiddellijk de strijd tegen de ziekte.

Baanbrekende aanpak om nanomaterialen te maken

De onderzoeksgroep onder leiding van professor Mauri Kostiainen werkt uitgebreid met DNA-nanostructuren, en de groep heeft onlangs twee onderzoeksartikelen gepubliceerd over op DNA gebaseerde toepassingen in de biotechnologie en de moleculaire geneeskunde. De onderzoekers hebben DNA-nanostructuren gecoat met viruscapside-eiwitten om hun transport naar menselijke cellen aanzienlijk te verbeteren; dit zou bijvoorbeeld toepassingen kunnen vinden bij verbeterde medicijnafgifte. In aanvulling, de groep heeft een modulaire DNA-gebaseerde enzymatische nanoreactor ontworpen die kan worden gebruikt in diagnostiek op moleculair niveau.