211service.com
Vaten weven van DNA
Goede dingen komen echt in kleine verpakkingen, volgens a groep studenten aan de Harvard-universiteit. Ze bouwden een kleine container - met een diameter van ongeveer 30 nanometer - volledig gemaakt van DNA, dat ooit zou kunnen worden gebruikt om medicijnen of op genen of eiwitten gebaseerde therapieën aan specifieke weefsels in het lichaam te leveren.
Harvard-studenten ontwierpen een DNA-sequentie die vouwt tot een kleine, holle container.
We weten dat DNA een zeer stabiel bouwmateriaal is, zegt Valerie Hoi-Ting Lau, een van de studenten die bij het project betrokken zijn. Nu proberen we te profiteren van het feit dat het programmeerbaar is. Lau en anderen presenteerden hun vat op de Internationale genetisch gemanipuleerde machines competitie bij MIT eerder deze maand (zie Bizarre Bacterial Creations).
Multimedia
DIASHOW: Zie het vat
De wereld van DNA-architectuur is de afgelopen jaren geëxplodeerd, met wetenschappers die tweedimensionale smileygezichten en complexe kaarten bouwen, evenals driedimensionale achthoeken. De chemicaliën waaruit lange, kronkelende DNA-moleculen bestaan, binden aan elkaar volgens een voorspelbare reeks regels, dus het is mogelijk om DNA-sequenties te ontwerpen die zich in verschillende vormen zullen vormen.
Terwijl DNA-architectuur voorheen jaren in beslag nam om te ontwerpen en te bouwen, biedt een eerder dit jaar ontwikkelde methode een relatief eenvoudige manier om DNA in specifieke vormen te programmeren (zie Do-It-Yourself Nanotech). Een enkele lange DNA-streng is bezaaid met kortere fragmenten van speciaal ontworpen DNA-sequenties die fungeren als het chemische equivalent van nietjes. Elk fragment zal alleen binden aan een specifieke plek op het DNA-molecuul. Door deze nietjes strategisch langs de DNA-streng te plaatsen, kan het molecuul zichzelf in verschillende vormen assembleren.
Door deze methode aan te passen om driedimensionale structuren te bouwen, kunnen de studenten en hun adviseur William Shiho , een Harvard-wetenschapper die een leider is geweest op het gebied van DNA-architectuur, ontwierp een DNA-sequentie die zou kunnen worden opgevouwen tot een kleine, holle container. De uiteindelijke structuur, die de vorm heeft van een open vat, bestaat uit een enkel DNA-molecuul dat heen en weer zigzagt om een geplooid vel te creëren. De plaat is geprogrammeerd om om zichzelf heen te buigen, waardoor een dubbelwandige cilinder ontstaat. (Klik hier om foto's van het vat te zien.)
Het was echt een doorbraak, zegt Shih. Eerdere DNA-containers, zoals achthoeken, hadden grote gaten in hun wanden, maar onderzoekers denken dat de wanden van deze structuur behoorlijk solide zijn, waardoor het vat in theorie veilig nano-schatten kan omhullen.
Bovendien hebben sommige op DNA gebaseerde structuren een inherente slapheid waardoor driedimensionale vormen instorten. Maar de bouwmethode die werd gebruikt om het vat te maken - een reeks DNA-helices in een geplooide bladstructuur op een rij zetten - lijkt nieuwe kracht te bieden. Ik vermoed dat Shih's stijl van het maken van 3D-structuren bijzonder rigide zal blijken te zijn, zegt Paul Rothemund , een wetenschapper aan het California Institute of Technology in Pasadena, CA, die de methode ontwikkelde waarop het project is gebaseerd.
Rothemund voegt eraan toe dat een van de meest gecompliceerde aspecten van DNA-architectuur de bevestiging is dat de voltooide structuur de vorm aanneemt van het oorspronkelijke ontwerp. De Harvard-studenten hebben met een elektronenmicroscoop foto's gemaakt van hun DNA-vat, waaruit blijkt dat het de juiste maat en vorm heeft. Ze voerden ook voorlopige tests uit om te bepalen of het vat zijn lading echt kan beschermen tegen de buitenomgeving. En ja hoor, ze ontdekten dat een chemische stof die in het vat is geplaatst, effectief wordt afgeschermd van een andere chemische stof die zich er gewoonlijk aan bindt.
Als de studenten hun creatie aan het werk kunnen krijgen, zullen ze een van de slepende problemen met op DNA gebaseerde ontwerpen overwinnen: een praktische toepassing vinden voor de kleine structuren. Als … ze containers kunnen maken voor de levering van medicijnen, zal dat aantonen dat het gebruik van DNA als technologisch materiaal echt een nuttige onderneming is! zegt Rothemund.
Uiteindelijk hopen de studenten een container te maken die elk type medicijn kan bevatten en moleculair kan worden gericht op specifieke soorten cellen. Nieuwere therapieën, zoals therapieën die op genen of eiwitten zijn gebaseerd, zijn vaak moeilijk te leveren en moeten op bepaalde weefsels worden gericht. Sommige moeten via injectie worden toegediend of, in enkele experimentele gevallen, rechtstreeks in de hersenen worden toegediend. De studenten werken al aan manieren om de vaten te versieren met verschillende moleculen die zich alleen aan bepaalde cellen of eiwitten binden.
Hoewel het werk zich nog in de beginfase bevindt, droomt Shih groots over wat er in de toekomst zou kunnen gebeuren. Het is interessant op de lange termijn omdat we zoveel controle hebben over de vormen van deze objecten, zegt hij. Mensen hebben DNA-moleculen gegenereerd die als computers werken, dus je zou een medicijnafgifteapparaat kunnen hebben met een boordcomputer die primitieve berekeningen doet en beslissingen neemt over wanneer en waar het medicijn moet worden vrijgegeven. Natuurlijk, zegt Shih, is er nog heel wat werk aan de winkel.