nanotechnologie

DNA-origami
Eenvoudige synthese kan ontwerp op nanoschaal naar de massa brengen.

Bron: DNA vouwen om vormen en patronen op nanoschaal te creëren
P.W.K. Rothemund
Natuur 440 (7082): 297-302

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van mei 2006

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Resultaten: Paul Rothemund, een computerwetenschapper van Caltech, heeft een eenvoudige techniek ontwikkeld voor het bouwen van tweedimensionale structuren op nanometerschaal van elke vorm of patroon uit DNA. Tot nu toe heeft hij onder meer smileygezichten, de letters DNA en een kaart van het westelijk halfrond gemaakt. Deze structuren kunnen ook worden gecombineerd om grotere vormen te vormen. Omdat de vormen zichzelf in oplossing assembleren, kunnen er miljarden tegelijk worden gemaakt.

Waarom het uitmaakt: DNA is een veelzijdige grondstof voor structuren op nanoschaal. Maar eerdere methoden om DNA als nanobouwsteen te gebruiken waren traag, arbeidsintensief en duur, waardoor het gebruik ervan beperkt bleef tot een handvol laboratoria. De nieuwe techniek is eenvoudig en goedkoop genoeg voor wijdverbreid gebruik, zegt Rothemund. Omdat een verscheidenheid aan moleculen en nanodeeltjes aan DNA kan worden gekoppeld, zou de techniek een manier kunnen zijn om snel moleculen te modelleren die zo divers zijn als eiwitten en koolstofnanobuisjes, wat mogelijk kan leiden tot minuscule elektronische apparaten of nanoarrays voor het bestuderen van cellen met een ongekend detailniveau.

Methoden: Rothemund begint met een oplossing die lange strengen DNA bevat met een bekende sequentie. Vervolgens voegt hij honderden verschillende korte nietjesstrengen toe, elk met een volgorde die is ontworpen om aan twee of drie specifieke delen van de lange streng te hechten. Terwijl de nietjes zich verbinden, trekken ze deze secties samen, waardoor de lange streng zich in de gewenste vorm vouwt.

Volgende stap: Het gebruik van de techniek om elektronica te maken vereist de uitvinding van een nanoschaal-equivalent van de transistor. Omdat elk zelfassemblageproces foutgevoelig is, zullen technici fouttolerante computerarchitecturen moeten ontwikkelen. Voor biologische toepassingen, zoals sensoren die de soorten eiwitten in een bepaalde cel bepalen, zullen onderzoekers een betrouwbare manier moeten vinden om signalen te lezen die door de minuscule apparaatjes worden uitgezonden. Rothemund verwacht dat de beste toepassingen van de nieuwe techniek nog moeten worden bedacht.

Zenuwen weer bij elkaar breien
Nanovezels zorgen ervoor dat gewond hersen- en ruggenmergweefsel zichzelf kan herstellen.

Bron: Nano Neuro Knitting: Peptide Nanofiber Scaffold voor hersenherstel en axonregeneratie met functionele terugkeer van het gezichtsvermogen
Rutledge Ellis-Behnke et al.
Proceedings van de National Academy of Sciences 103 (13): 5054-5059

Resultaten: Met behulp van zelfassemblerende nanomaterialen hebben MIT-onderzoekers het zicht van hersenbeschadigde knaagdieren hersteld. Na het doorsnijden van een structuur in de hersenen van hamsters die nodig zijn voor het gezichtsvermogen, injecteerden neurowetenschapper Rutledge Ellis-Behnke en collega's de dieren met een oplossing die korte ketens van aminozuren bevat, peptiden genaamd, die in contact met hersenvloeistoffen samengroeien tot vezels op nanoschaal. Het resulterende netwerk van vezels overbrugt de opening die door de snede is achtergelaten en voorkomt de vorming van littekenweefsel, waardoor neuronen opnieuw kunnen groeien en de signaalroutes van voor het letsel opnieuw kunnen worden hersteld. Vijfenzeventig procent van de volwassen hamsters die met de techniek werden behandeld, kreeg voldoende zicht terug om voedsel op te sporen en te gebruiken.

Waarom het uitmaakt: Ruggenmerg- en hersenletsel door ongelukken, beroertes en ziekten treffen miljoenen Amerikanen; veel van deze mensen herwinnen nooit verloren vermogens en functies, voornamelijk omdat littekenweefsel en remmende chemicaliën ervoor zorgen dat beschadigd weefsel niet geneest. In ieder geval over korte afstanden lijkt het experimentele nanomateriaal deze problemen in neuraal weefsel te overwinnen. Het nanomateriaal zorgt ervoor dat zenuwcellen kunnen groeien en verbindingen kunnen herstellen, wat het verloren vermogen van menselijke patiënten om te lopen of te praten zou kunnen herstellen, net zoals het bij deze experimenten het zicht herstelde.

Methoden: In afzonderlijke experimenten met jonge en volwassen hamsters sneden de onderzoekers een hersenstructuur door, de optische baan genaamd, die visuele signalen overbrengt, waardoor de hamsters in één oog worden verblind. Kort nadat de snede was gemaakt, kregen controledieren een injectie met zoutoplossing op de plaats van de verwonding, en proefdieren kregen een injectie met de peptiden. De onderzoekers testten de dieren vervolgens op het vermogen om zonnebloempitten te zien en ernaar te kijken en onderzochten, nadat ze waren geëuthanaseerd, hun hersenweefsel om de hergroei van neuronen te meten.

Volgende stap: Als de studies met grote dieren goed verlopen, zou de behandeling binnen drie jaar op mensen kunnen worden getest. Ondertussen ontwikkelen de onderzoekers manieren om de hergroei van zenuwen te versnellen, met als doel het opnieuw verbinden van afgelegen gebieden van de hersenen en het ruggenmerg die gescheiden zijn door grotere verwondingen.

zich verstoppen