Genom att efterlikna naturens designprinciper, ett team vid Harvards Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Harvard Medical School och Dana-Farber Cancer Institute har skapat nanodevices tillverkade av DNA som kan monteras själv och kan programmeras för att flytta och ändra form efter behov. Till skillnad från befintliga nanotekniker, dessa programmerbara nanodepparater är mycket lämpliga för medicinska tillämpningar eftersom DNA är både biokompatibelt och biologiskt nedbrytbart.
Arbetet visas i förskottet 20 juni online Naturnanoteknik .
Byggd på en miljarddels meter, varje enhet är gjord av en cirkulär, enkelsträngad DNA-molekyl som, när det väl har blandats ihop med många korta bitar av komplementärt DNA, självmonteras till en förutbestämd 3D-struktur. Dubbla spiraler fälls upp till större, styva linjära stag som ansluter genom ingripande enkelsträngat DNA. Dessa enkla DNA -strängar drar upp fjäderbenen i en 3D -form - ungefär som tetrar drar upp tältstolpar för att bilda ett tält. Strukturens styrka och stabilitet beror på hur den fördelar och balanserar de motverkande krafterna för spänning och kompression.
Denna arkitektoniska princip - känd som tensegrity - har varit fokus för konstnärer och arkitekter i många år, men det finns också i hela naturen. I människokroppen, till exempel, ben fungerar som kompressionsstivare, med muskler, senor och ledband som fungerar som spänningsbärare som gör att vi kan stå upp mot gravitationen. Samma princip styr hur celler styr sin form i mikroskala.
"Den här nya självmonteringsbaserade nanofabrikationstekniken kan leda till medicinsk utrustning i nanoskala och läkemedelsleveranssystem, till exempel virus efterliknar som introducerar läkemedel direkt i sjuka celler, "sa medutredaren och Wyss Institute-direktören Don Ingber. En nanodel som kan öppnas som svar på en kemisk eller mekanisk signal kan säkerställa att läkemedel inte bara når det avsedda målet utan också släpps när och där så önskas.
Ytterligare, nanoskopiska tensegrity -enheter kan en dag omprogrammera mänskliga stamceller för att regenerera skadade organ. Stamceller reagerar olika beroende på krafterna runt dem. Till exempel, en stel extracellulär matris - det biologiska limet som omger celler - tillverkat för att efterlikna konsistensen hos bensignaler som stamceller blir till ben, medan en soppig matris närmare hjärnvävnadens konsistens signalerar tillväxten av neuroner. Tensegrity nanodevices "kan hjälpa oss att ställa in och ändra styvheten hos extracellulära matriser i vävnadsteknik någon gång, "sa författaren Tim Liedl, som nu är professor vid Ludwig-Maximilians-Universität i München.
"Dessa små schweiziska arméknivar kan hjälpa oss att göra alla möjliga saker som kan vara användbara för avancerad läkemedelsleverans och regenerativ medicin, "sade huvudutredaren William Shih, Wyss kärna fakultetmedlem och docent i biologisk kemi och molekylär farmakologi vid HMS och Dana-Farber Cancer Institute. "Vi har också en praktisk biologisk DNA -Xerox -maskin som naturen utvecklade för oss, "vilket gör dessa enheter lätta att tillverka.
Denna nya förmåga "är ett välkommet inslag i den strukturella DNA -nanotekniska verktygslådan, "sade Ned Seeman, professor i kemi vid New York University.
