Forskare från Aalto-universitetet har nyligen publicerat en artikel Trender inom bioteknik tidning. Artikeln diskuterar hur DNA-molekyler kan sättas ihop till skräddarsydda och komplexa nanostrukturer, och vidare, hur dessa strukturer kan användas i terapeutiska och bionanoteknologiska tillämpningar. I recensionsartikeln, forskarna beskriver de överlägsna egenskaperna hos DNA-nanostrukturer, och hur dessa funktioner möjliggör utvecklingen av effektiva biologiska DNA-nanomaskiner. Dessutom, dessa DNA-nanostrukturer ger nya tillämpningar inom molekylär medicin, till exempel nya metoder för att tackla cancer. Skräddarsydda DNA-strukturer kan hitta riktade celler och frigöra sin molekylära nyttolast (läkemedel eller antikroppar) selektivt in i dessa celler.

"Nu för tiden, programvara och tekniker för att designa och simulera DNA-nanostrukturer är extremt kraftfulla och användarvänliga, och sålunda, forskare kan enkelt konstruera sina egna DNA-objekt för olika användningsområden. Den stora boomen inom området för strukturell DNA-nanoteknik inträffade 2006, när Paul Rothemund introducerade en teknik som kallas 'DNA-origami'. Denna metod är utgångspunkten för praktiskt taget alla andra enkla designmetoder som finns tillgängliga idag", beskriver Veikko Linko, en postdoktor för Finlands Akademi från Biohybrid Materials Group.

Mångsidiga DNA-nanostrukturer

Den viktigaste egenskapen hos en DNA-baserad nanostruktur är dess modularitet. DNA-strukturer kan tillverkas med nanometerprecision, och viktigast av allt, andra molekyler som RNA, proteiner, peptider och läkemedel kan förankras till dem med samma upplösning. En sådan hög noggrannhet kan utnyttjas för att skapa optiska enheter i nanostorlek såväl som molekylära plattformar och streckkoder för olika avbildningstekniker och analyser. Vidare, forskarna från Aalto-universitetet och Jyväskylä universitet har nyligen visat hur DNA-origamis kan användas för effektiv tillverkning av specialformade metallnanopartiklar som kan användas inom olika områden av materialvetenskap.

För molekylär medicin, små DNA-baserade enheter kan användas inte bara för att detektera enstaka molekyler utan också för att modulera cellsignalering. Inom en snar framtid, mycket sofistikerade DNA-robotar kan till och med användas för att skapa artificiella immunsystem. Ett system baserat på skräddarsydda DNA-enheter kan hjälpa till att undvika onödiga läkemedelsbehandlingar, eftersom programmerade DNA-nanorobotar kunde upptäcka olika medel från blodomloppet, och omedelbart börja kampen mot sjukdomar.

Banbrytande tillvägagångssätt för att skapa nanomaterial

Forskargruppen som leds av professor Mauri Kostiainen arbetar mycket med DNA-nanostrukturer, och gruppen har nyligen publicerat två forskningsartiklar om DNA-baserade tillämpningar inom bioteknik och molekylär medicin. Forskarna har belagt DNA-nanostrukturer med viruskapsidproteiner för att avsevärt förbättra deras transport till mänskliga celler; detta skulle kunna hitta användningsområden till exempel för förbättrad läkemedelsleverans. Dessutom, gruppen har designat en modulär DNA-baserad enzymatisk nanoreaktor som kan utnyttjas i diagnostik på molekylär nivå.