Forskare vid Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering vid Harvard University har utvecklat en metod för att bygga komplexa nanostrukturer av korta syntetiska DNA-strängar. Kallas enkelsträngade brickor (SSTs), dessa sammankopplade DNA-byggstenar, "liknar legos, kan programmeras för att montera sig själva till exakt designade former, som bokstäver och uttryckssymboler. Ytterligare utveckling av tekniken kan möjliggöra skapandet av nya enheter i nanoskala, såsom de som levererar läkemedel direkt till sjukdomsplatser.

Teknologin, som beskrivs i dagens nätnummer av Natur , utvecklades av en forskargrupp ledd av Wyss kärnfakultetsmedlem Peng Yin, Ph.D., som också är biträdande professor i systembiologi vid Harvard Medical School. Andra teammedlemmar inkluderade Wyss postdoktor Bryan Wei, Ph.D., och doktorand Mingjie Dai.

DNA är mest känt som en innehavare av genetisk information. Men inom ett framväxande vetenskapsområde känt som DNA-nanoteknik, det undersöks för att användas som ett material att bygga små, programmerbara strukturer för olika tillämpningar. Hittills, mest forskning har fokuserat på användningen av en enda lång biologisk DNA-sträng, som fungerar som en ryggrad längs vilken mindre strängar binder till dess många olika segment, att skapa former. Den här metoden, kallas DNA-origami, förföljs också vid Wyss Institute under ledning av Core Faculty-medlemmen William Shih, Ph.D. Shih är också docent vid avdelningen för biologisk kemi och molekylär farmakologi vid Harvard Medical School och avdelningen för cancerbiologi vid Dana-Farber Cancer Institute.

Genom att fokusera på användningen av korta strängar av syntetiskt DNA och undvika den långa ställningssträngen, Yins team utvecklade en alternativ byggmetod. Varje SST är en singel, kort DNA-sträng. En bricka kommer att låsa ihop med en annan bricka, om den har en komplementär DNA-sekvens. Om det inte finns några kompletterande matchningar, blocken ansluter inte. På det här sättet, en samling brickor kan sätta ihop sig själv till specifika, förutbestämda former genom en serie sammankopplade lokala förbindelser.

För att demonstrera metoden, forskarna skapade drygt hundra olika mönster, inklusive kinesiska tecken, tal, och typsnitt, använder hundratals brickor för en enda struktur på 100 nanometer (miljarddelar av en meter) i storlek. Tillvägagångssättet är enkelt, robust, och mångsidig.

Som syntetiskt baserade material, SST kan ha några viktiga tillämpningar inom medicin. SST:er kan organisera sig i läkemedelsleveransmaskiner som bibehåller sin strukturella integritet tills de når specifika cellmål, och eftersom de är syntetiska, kan göras mycket biokompatibla.

"Användning av DNA-nanoteknik för att skapa programmerbara nanoenheter är ett viktigt fokus på Wyss Institute, eftersom vi tror så starkt på dess potential att producera ett paradigmskiftande tillvägagångssätt för utveckling av ny diagnostik och terapi, " sa Wyss grundare, Donald Ingber, M.D., Ph.D.