• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Ingenjörer förvandlar en nackdel - guldnanopartiklars klibbighet - till en fördel

    En bild av guld nanopartiklar. Bild med tillstånd av Kimberly Hamad-Schifferli

    (PhysOrg.com) -- Guldnanopartiklar -- små guldsfärer bara några miljarddels meter i diameter -- har blivit användbara verktyg inom modern medicin. De har införlivats i miniatyrsystem för läkemedelsleverans för att kontrollera blodpropp, och de är också huvudkomponenterna i en enhet, nu i kliniska prövningar, som är utformad för att bränna bort maligna tumörer.

    Dock, en egenskap hos dessa partiklar står i vägen för många nanotekniska utvecklingar:de är klibbiga. Guldnanopartiklar kan konstrueras för att attrahera specifika biomolekyler, men de håller sig också till många andra oavsiktliga partiklar - vilket gör dem ofta ineffektiva vid sin utsedda uppgift.

    MIT-forskare har hittat ett sätt att vända denna nackdel till en fördel. I en artikel som nyligen publicerades i American Chemical Society Nano , Docent Kimberly Hamad-Schifferli vid institutionerna för biologisk teknik och maskinteknik och postdoc Sunho Park PhD '09 vid institutionen för maskinteknik rapporterade att de kunde utnyttja nanopartiklars klibbighet för att fördubbla mängden protein som produceras under in vitro-translation — en viktig verktyg som biologer använder för att säkert producera en stor mängd protein för studier utanför en levande cell.

    Under översättningen, grupper av biomolekyler samlas för att producera proteiner från molekylära mallar som kallas mRNA. In vitro translation utnyttjar samma biologiska komponenter i ett provrör (i motsats till in vivo translation, som förekommer i levande celler), och ett konstgjord mRNA kan tillsättas för att garantera produktionen av ett önskat protein. Till exempel, om en forskare ville studera ett protein som en cell inte skulle producera naturligt, eller ett muterat protein som skulle vara skadligt för cellen in vivo, han kan använda in vitro translation för att skapa stora mängder av det proteinet för observation och testning. Men det finns en nackdel med in vitro-översättning:den är inte så effektiv som den skulle kunna vara. "Du kan få lite protein en dag, och ingen för de kommande två, ” förklarar Hamad-Schifferli.

    Med finansiering från Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, Hamad-Schifferli och hennes medarbetare satte sig till att börja med att utforma ett system som skulle förhindra översättning. Denna process, känd som översättningshämning, kan stoppa produktionen av skadliga proteiner eller hjälpa en forskare att fastställa proteinfunktionen genom att observera cellbeteende när proteinet har tagits bort. För att åstadkomma detta, Hamad-Schifferli fäste DNA till guld nanopartiklar, förväntar sig att de stora nanopartikel-DNA (NP-DNA) aggregaten skulle blockera translation.

    Hon var avskräckt, dock, att finna att NP-DNA:t inte minskade proteinproduktionen som förväntat. Faktiskt, hon hade några oroande uppgifter som tydde på att istället för att hämma översättning, NP-DNA förstärkte det. "Det var då vi tog på oss våra tekniska mössor, ” minns Hamad-Schifferli.

    Det visar sig att de klibbiga nanopartiklarna tar biomolekylerna som behövs för översättning i närheten, vilket hjälper till att påskynda översättningsprocessen. Dessutom, DNA-delen av NP-DNA-komplexet är utformad för att binda till en specifik mRNA-molekyl, som kommer att översättas till ett specifikt protein. Bindningen måste vara tillräckligt tät för att hålla mRNA på plats för translation, men tillräckligt lös för att mRNA också kan fästa till de andra molekylerna som är nödvändiga för processen. Eftersom den designade DNA-molekylen har en specifik mRNA-partner, att mRNA i en lösning av många liknande molekyler kan förbättras utan att behöva isoleras.

    Förutom att förbättra in vitro-översättning, Hamad-Schifferlis NP-DNA-komplex kan ha andra tillämpningar. Enligt Ming Zheng, en forskningskemist vid National Institute of Standards and Technology, de skulle kunna kombineras med kolnanorör - små, ihåliga cylindrar som är otroligt starka för sin storlek. De kan i slutändan vara hörnstenen i transportsystem som transporterar läkemedel in i celler eller mellan celler. Klibbigheten i NP-DNA:t kan öka hastigheten och noggrannheten hos ett sådant läkemedelsleveranssystem.

    Även om Hamad-Schifferli är övertygad om att hennes upptäckt kommer att göra in vitro-översättning mer tillförlitlig och effektiv, hon är inte klar. Hon hoppas kunna mixtra med sitt system för att ytterligare förbättra proteinproduktionen in vitro, och se om systemet kan användas för att förbättra translation i levande celler. För att nå dessa mål, hon måste designa och genomföra experiment för att avgöra vilka molekyler som är involverade i förbättringsprocessen, och hur de interagerar. "Fördelen är att vi har haft tur, " Hamad-Schifferli säger, reflekterar över hennes upptäckt. "Nackdelen är att det blir svårt att reda ut exakt hur systemet fungerar."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com