Door DNA-fragmenten te vouwen in de vorm van een vijfpuntige ster met behulp van structurele DNA-nanotechnologie, onderzoekers hebben een val gemaakt die het Dengue-virus vangt terwijl het in de bloedbaan drijft. Eenmaal opgesprongen, de val - die niet giftig is en van nature uit het lichaam wordt verwijderd - licht op. Het is de meest gevoelige test voor de door muggen overgedragen ziekten die tot nu toe zijn bedacht.

Vandaag gepubliceerd in Natuurchemie , deze detectietechniek kan worden uitgebreid naar andere virussen en worden aangepast om de virussen die het verstrikt te doden.

"Dit is gevoeliger dan enige andere manier om Dengue te detecteren, de klinische test met meer dan 100 keer verslaan, " zei Xing Wang, de corresponderende auteur van de studie, een assistent-professor scheikunde en lid van het Centrum voor Biotechnologie en Interdisciplinaire Studies (CBIS) aan het Rensselaer Polytechnisch Instituut op het moment van het onderzoek. "De binding is strak en de specificiteit is hoog, waardoor we de aanwezigheid van Dengue op de eerste dag van infectie kunnen onderscheiden."

Een val kan effectief zijn tegen veel verschillende virussen omdat, om hun gastheer te infecteren, alle virussen moeten zich eerst aan een celwand hechten en hun genetische instructies de cel ingeven. In 2016 uitgevoerd onderzoek bij CBIS, Rensselaer-chemicus Robert Linhardt en Rensselaer chemisch ingenieur Jonathan Dordick construeerden een synthetisch polymeer dat is geconfigureerd om te passen bij een reeks siaalzuurgrendelpunten op het griepvirus. In de long, influenza moet binden aan siaalzuur om longcellen binnen te dringen. De synthetische val werkte als een lokmiddel, het vangen van griep voordat het zich vastklampte aan de longcellen.

De behandeling verminderde de mortaliteit van influenza A bij muizen van 100% tot 25% gedurende 14 dagen. Echter, Linhardt en Dordick, die beide co-auteurs zijn van de nieuwe studie, verwachtten dat het synthetische polymeer dat ze als raamwerk voor de val hadden gebruikt, giftig zou kunnen zijn voor het lichaam en waarschijnlijk niet als een therapeutisch middel zou worden geaccepteerd.

Structurele DNA-nanotechnologie - een gevestigde methode om DNA-strengen te vouwen tot ontworpen, aangepaste geometrische vormen en objecten - boden het onderzoeksteam een ​​niet-giftige, biologisch afbreekbaar alternatief om een ​​nieuwe val te bouwen, zei Wang. Het bolvormige oppervlak van Dengue, zoals het nauw verwante Zika-virus, zijn bezaaid met meerdere vergrendelingspunten om een ​​celoppervlak te vangen.

Door verschillende DNA-nanostructurele vormen op afbeeldingen van het virus te plaatsen, het team koos voor een vijfpuntige ster - ze noemen het een "DNA-ster" - als de beste match tussen punten op de DNA-vorm en grendelpunten op het virus.

Wang nam het voortouw bij het produceren van de DNA-ster. Hij bevestigde ook specifieke aptameren - moleculen waaraan de virale grendels zich zullen binden - precies aan de toppen en hoekpunten van de ster, zodat ze zouden worden uitgelijnd met de verdeling van de grendels op het virus.

"Je zou de ster op het virus kunnen leggen en precies op een heel halfrond van de bol kunnen richten, " zei Wang, nu aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. "Alle liganden die zich op de antigenen van dit virus zouden richten, zouden perfect over een DNA-ster liggen. Als we maar op één plek een verbinding zouden kunnen maken, zou het een zwak bindmiddel zijn, maar met tien aptamers die het virus met de ster verbinden, we hebben het doel stevig vast."

Eenmaal gebonden aan het virus, de DNA-ster begint te fluoresceren, waardoor het gemakkelijk zichtbaar is in een bloedtest.

"Het gebruik van designer DNA-nanoarchitectuur als diagnose is een eerste stap. De volgende stap zou zijn om het virus te doden zodra het is gebonden. Dit kan ook worden gedaan door een DNA-origami-nanoplatform te gebruiken, met een nog betere biostabiliteit, om een ​​DNA-stervorm van aptameren te reconstrueren, " zei Linhardt. "Dit is de eerste keer dat mensen DNA-nanostructuur op deze manier hebben gebruikt, maar de technologie is breed, en we kunnen verwachten dat het in veel andere toepassingen wordt gebruikt."

Het werk is een van de vele veelbelovende strategieën die uit CBIS voortkomen.

"Deze transformatieve ontwikkeling combineert een nieuwe strategie met opkomende technologie voor medische oplossingen die meer conventionele benaderingen hebben ontgaan. Het is precies het soort onderzoek dat de interdisciplinaire omgeving bij CBIS mogelijk maakt, en is een uitstekend voorbeeld van het kaliber van het werk dat we produceren, " zei Deepak Vashishth, directeur van het CBS.