(Phys.org) – Filmen Fantastic Voyage från 1966 presenterade en framtidsvision som inkluderar små maskiner som glider genom kroppen och reparerar skador. Nästan 50 år senare, forskare funderar på hur man kan bilda byggstenar för sådana maskiner från DNA.
En ny artikel i Science beskriver DNA-baserade polyedriska former som är större och starkare än forskare har byggt tidigare. Just nu, dessa är bara statiska former. Men de tillhandahåller byggnadsställningar som forskare kan bygga robotrullatorer på, eller burar med dörrar som öppnas och stängs. Redan, forskare talar om hur sådana strukturer kan användas för att leverera läkemedel exakt till särskilda celler eller platser i kroppen.
"För närvarande är DNA-självmontering kanske en av de mest lovande metoderna för att tillverka dessa maskiner i nanoskala, "säger medförfattaren Yonggang Ke, Doktorsexamen, som nyligen anslöt sig till Wallace H. Coulter Institutionen för biomedicinsk teknik vid Georgia Tech och Emory University som biträdande professor.
Forskargruppen leddes av Peng Yin, PhD vid Harvards Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering. Att arbeta med samma team, Ke var också första författare på en tidning 2012 i Vetenskap som beskriver "DNA-klossar" som liknar LEGO-klossar.
I den aktuella tidningen, formerna är gjorda av stagförstärkta stativ, som sätter ihop sig från individuella DNA-strängar i en process som kallas "DNA-origami". Redan, vid 5 megadalton, varje stativ är mer massiv än det största kända enskilda proteinet (titin, involverad i muskelsammandragning) och mer massiv än en ribosom, en av de cellfabriker där proteiner tillverkas. Stativen kan i sin tur bilda prismaliknande strukturer, 100 nanometer på varje sida, som börjar närma sig storleken på cellulära organeller som mitokondrier.
Prismastrukturerna är fortfarande för små för att kunna ses med ljusmikroskop. Eftersom elektronmikroskopi kräver att objekt torkas och plattas ut, forskarna använde en fluorescensbaserad bildteknik som kallas "DNA PAINT" för att visualisera de djungel-gym-liknande strukturerna i lösning.
DNA är inte nödvändigtvis det mest hållbara materialet för att bygga en liten maskin. Det är sårbart för kemiska angrepp, och enzymer inuti kroppen tuggar lätt upp DNA, särskilt utsatta ändar. Dock, DNA har några fördelar:det är enkelt (och billigt) att syntetisera i laboratoriet, och DNA-basparning är selektiv. Faktiskt, säger Ke, dessa komplicerade strukturer sätter ihop sig själva:sätt ihop alla komponenter i ett rör, och alla DNA-sekvenser som är tänkta att para ihop hittar varandra i lösning.
Varje ben på stativet är gjord av 16 DNA-dubbla helixar, sammankopplade på ett sätt som begränsar strukturen och gör den stel. Stativen har "klibbiga ändar" som är selektiva och kan samlas i de större pyramiderna eller prisma strukturer. Tidigare försök att bygga polyedriska strukturer var som att försöka göra ett djungelgym av rep:de var för floppiga och svåra att montera.
För att se pyramid- och prismastrukturerna, forskargruppen använde tekniken "DNA-PAINT", som använder fluorescerande DNA-sonder som övergående binder till DNA-strukturerna. Denna metod möjliggör visualisering av strukturer som inte kan ses med ett konventionellt ljusmikroskop. Varför inte helt enkelt göra själva DNA-strukturerna fluorescerande? Eftersom ett starkt ljus på sådana strukturer snabbt skulle dämpa deras fluorescenssignal.
I sitt eget arbete i Atlanta, Ke säger att han planerar att ytterligare anpassa DNA-strukturerna, kombinera DNA med ytterligare kemi för att lägga till andra funktionella molekyler, inklusive proteiner eller nanopartiklar. Han är särskilt intresserad av att utveckla DNA-baserade material som kan manipulera eller reagera på ljus eller bära magneter, med potentiella biomedicinska tillämpningar som MR-avbildning eller riktad läkemedelsleverans.
