DNA-origamitekniken är en mycket använd metod för att göra komplex, men väldefinierade nanostrukturer, med tillämpningar inom biofysik, molekylärbiologi, såväl som läkemedels- och enzymleverans. En stor utmaning, dock, har varit i att uppnå långvarig stabilitet under de förhållanden som krävs för dessa applikationer.

Tills nu, tekniken har krävt höga koncentrationer av magnesium långt över de som finns i människokroppen.

"Konventionell DNA-origamimontering kräver magnesiumnivåer som är lätt 10-30 gånger så höga som de under normala fysiologiska förhållanden. Med vår metod, vi kan gå under en tusendel av den lägsta magnesiumkoncentration som tidigare rapporterats, säger adjungerad professor Veikko Linko från Aalto-universitetet, som ledde studien tillsammans med Dr. Adrian Keller från Paderborn University.

Nyckeln till den skonsamma buffertbytesmetoden som utvecklats av forskarna är att effektivt avlägsna fria joner från buffertlösningen men inte allt kvarvarande magnesium från nanostrukturerna. Tidigare forskning har identifierat låga magnesiumnivåer som en av de mest kritiska parametrarna som minskar DNA-origamistabiliteten i cellodlingsmedia.

"Vi fann – ganska överraskande – att bara Tris och rent vatten fungerade bra med låga magnesiumnivåer för alla typer av strukturer, " förklarar Linko.

Tris är en vanlig komponent i buffertlösningar som används, till exempel, i biokemitillämpningar. Fynden visar att fosfatbaserade buffertar med en tillräckligt hög koncentration av natrium eller kalium också kan stabilisera DNA-origami.

Studien undersökte stabiliteten hos kvasi-endimensionella, tvådimensionella och tredimensionella DNA-origamiobjekt. De nanostrukturer som uppnåddes med tekniken visade stark strukturell integritet, bibehålls även under långa perioder.

"Vi kan lagra strukturerna under förhållanden med låg magnesiumhalt i veckor och till och med månader utan att se några strukturella defekter. Dessa fynd kan bana väg för en uppsjö av biomedicinska användningar som tidigare ansågs omöjliga, som till exempel fluoroforer och många enzymer är känsliga för magnesiumnivåer, " föreställer sig Linko.

Forskarna observerade vidare att ju mer tätt packade spiralerna i deras DNA-objekt var, desto känsligare var de för miljön under lågmagnesiumhalt. Detta tyder på att stabiliteten hos DNA-origami kan förbättras genom optimering av designproceduren.