Wetenschappers van het Center for Advancing Electronics Dresden / TU Dresden en de Universiteit van Tokyo onder leiding van Dr. Thorsten-Lars Schmidt (cfaed) ontwikkelden een methode om DNA-origamistructuren te beschermen tegen ontbinding in biologische media. Deze bescherming maakt toekomstige toepassingen in de nanogeneeskunde of celbiologie mogelijk.

De precieze positionering van individuele moleculen ten opzichte van elkaar is een fundamentele uitdaging. DNA Nanotechnologie maakt de synthese mogelijk van objecten ter grootte van nanometers met programmeerbare vormen uit vele chemisch geproduceerde DNA-fragmenten. Een van de meest gebruikte methoden op dit gebied wordt "DNA-origami" genoemd, waarmee nanodeeltjes met bijna willekeurige vormen kunnen worden gemaakt, die ongeveer duizend keer kleiner zijn dan de diameter van een mensenhaar. Ze kunnen plaatsspecifiek worden gefunctionaliseerd met een grote verscheidenheid aan materialen, zoals individuele eiwitmoleculen, antilichamen, medicijnmoleculen of anorganische nanodeeltjes. Hierdoor kunnen ze met nanometerprecisie in gedefinieerde geometrieën of afstanden worden geplaatst.

Door deze unieke controle over materie op nanometerschaal, DNA-nanostructuren zijn ook overwogen voor toepassingen in de moleculaire biologie en nanogeneeskunde. Bijvoorbeeld, ze kunnen worden gebruikt als programmeerbare medicijndragers, diagnostische apparaten of om de reactie van cellen op nauwkeurig gerangschikte moleculen te bestuderen. Echter, veel van deze kunstmatige DNA-nanostructuren hebben een veel hogere zoutconcentratie nodig dan die in lichaamsvloeistoffen of celcultuurbuffers om hun structuur en dus hun functionaliteit te behouden. Bovendien, ze kunnen snel worden afgebroken door speciale enzymen (nucleasen) die aanwezig zijn in lichaamsvloeistoffen zoals speeksel of bloed die vreemd DNA verteren. Deze instabiliteit beperkt elke biologische of medische toepassing.

Om dit tekort te verhelpen, een team onder leiding van cfaed onderzoeksgroepleider dr. Thorsten L. Schmidt (Technische Universität Dresden / Duitsland) bekleedde verschillende DNA-origamistructuren met een synthetisch polymeer. Dit polymeer bestaat uit twee segmenten, een kort positief geladen segment dat het polymeer elektrostatisch "lijmt" aan de negatief geladen DNA-nanostructuur en een lange ongeladen polymeerketen die de gehele nanostructuur bedekt die op een vacht lijkt. In hun studie "Block Copolymer Micellization as a Protection Strategy for DNA Origami", gepubliceerd in: Angewandte Chemie [DOI:10.1002/anie.201608873] toonden ze aan dat dergelijke DNA-nanostructuren bedekt met de polymeren beschermd waren tegen nucleasedigestie en zoutarme omstandigheden. Verder toonden ze aan dat met nanodeeltjes gefunctionaliseerde structuren door hetzelfde mechanisme kunnen worden beschermd.

Deze eenvoudige, kosteneffectieve en robuuste route om op DNA gebaseerde structuren te beschermen, zou daarom toepassingen in de biologie en nanogeneeskunde mogelijk kunnen maken, waar onbeschermde DNA-origami zou worden afgebroken.