单链折纸技术驱动药物输送系统和药物纳米工厂
纳米技术学家们正在使用DNA的遗传物质存在于生物体,以及它的多功能表兄RNA,作为原料在努力构建微乎其微的设备,可以作为药物运载工具,微小的纳米工厂生产制药和化工、电气和光学技术的或高度敏感的元素。
像基因DNA和RNA在自然界中,这些工程的纳米设备也由链组成的四个基地在速记,C、T和g地区在这些链可以通过短自发褶皱和绑定到彼此互补碱基序列中从一个序列专门从另一个序列,结合Ts和g Cs。生物工程研究所的研究人员和其他地方使用这些特性来设计自组装纳米结构如搭建DNA折纸和DNA砖与日益增长的规模和复杂性越来越多样化的应用程序有用。然而,这些结构转化为医疗和工业应用仍然是具有挑战性的,部分因为这些股多层系统容易产生局部缺陷是由于错过站。此外,他们自组装从几百美元到几千个人的DNA序列,每个需要高精度应用程序验证和测试,和昂贵的合成往往产生不受欢迎的产品。
现在,一项发表在小说的方法科学Wyss研究所研究人员的协作团队,亚利桑那州立大学,和欧特克第一次使复杂的单链DNA和RNA的设计折纸能自动折叠成多样化,稳定,用户定义的结构。与股多层纳米结构的合成,这些全新的从一个单一类型的折纸折叠链,可以在活细胞复制,允许他们的潜在的低成本生产规模以及高纯度、开放全新的不同的应用,如药物输送和奈米制造的机会。
前几代的索取折纸是由中央脚手架链的折叠和稳定需要超过二百的短链主要桥遥远地区的脚手架在太空并修复它们。“与传统搭建折纸,组装的组件,我们的新方法允许我们可靠的设计和合成稳定的单链和自折叠式折纸,“Wyss说核心教员和通讯作者彭阴,博士学位。“我们的全新方法依赖于长串折叠,而不是多组分的组装、生产大的纳米结构。加之能力基本上克隆和细菌,用单一组件链DNA纳米技术,提出了一种全新的进步大大增强了单链折纸的实际应用潜力。”Yin is also co-lead of the Wyss Institute's Molecular Robotics Initiative and Professor of Systems Biology at Harvard Medical School (HMS).
首先使单链的生产和稳定的dna折纸与独特的折叠模式,团队不得不克服一些挑战。在一个大的DNA链穿过一个复杂的折叠过程,许多序列需要准确配对序列相互远离。如果这个过程不发生在一个有序的和精确的时尚,链变得复杂和形式不具体的结,使其无用的。“为了避免这个问题,我们确认新的设计规则,我们可以使用它来跨越不同双链DNA链区域和开发一个基于网络的自动设计工具,允许研究人员将这些事件集成到一个折叠路径导致大量某些nanocomplex,“Dongran汉说,博士,这项研究的第一作者和博士后阴的团队。
以前最大的DNA折纸结构被合成组装所有的组成序列分别在体外混合在一起。作为一个新的设计过程的关键特性,DNA折纸的single-strandedness允许研究人员介绍DNA序列稳定到大肠杆菌廉价地、准确地复制与细胞分裂。“这可能大大促进单链折纸等高精度纳米技术的发展,药物运载工具,例如,因为只有一个容易产生分子需要验证和批准,”汉说。
最后,该小组还适应单链RNA折纸技术,作为不同核酸材料提供一定的优势包括,例如,更高的生产水平在细菌中,潜在的胞内和RNA治疗应用程序和有用性。翻译方法RNA也尺度合成RNA结构的规模和复杂性10倍相比,以前的结构由RNA。
他们的概念分析也证明了凸DNA循环可以精确定位和用作处理附件的功能蛋白质。在未来的发展中,单链折纸可能因此官能团通过附加酶、荧光探针,金属粒子,或药物在它们的表面或内腔内部。这可能有效地将单链折纸转换成纳米工厂,感光和发射光学设备,或药物运载工具。
”这一新的进步Wyss研究所的分子机器人主动将一个激动人心的实验室研究方法转换成一个潜在变革性技术,可以在大规模生产利用活细胞的生物机械。这项工作打开一个路径的DNA纳米技术和折纸的方法可能会转化为产品,满足现实世界的挑战,”医学博士说,唐纳德·因格贝尔Wyss学院创始董事博士,他也是Judah Folkman HMS血管生物学教授和血管生物学程序在波士顿儿童医院,以及哈佛大学的生物工程教授约翰·a·保尔森工程和应用科学学院(海洋)。
“结果今天宣布建立DNA纳米技术作为应用程序的一个可行的替代方法可能受益所有人,国家作为一个整体,”吉姆说Kurose,助理主任国家科学基金会(NSF)理事会的计算机和信息科学与工程(CISE)。“我们很高兴这个工作是由NSF的探险在计算程序中,它已经在过去十年研究资助的大型团队追求雄心勃勃,基础研究议程,帮助定义和塑造未来的计算机和信息科学和工程,和影响我们国家的竞争力。”
这篇文章被转载材料提供的Wyss研究所。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。
