Forskare från Center for Advancing Electronics Dresden / TU Dresden och University of Tokyo under ledning av doktor Thorsten-Lars Schmidt (cfaed) utvecklade en metod för att skydda DNA-origamistrukturer från sönderfall i biologiska medier. Detta skydd möjliggör framtida tillämpningar inom nanomedicin eller cellbiologi.

Den exakta positioneringen av enskilda molekyler med avseende på varandra är i grunden utmanande. DNA-nanoteknik möjliggör syntes av objekt i nanometerstorlek med programmerbara former ur många kemiskt producerade DNA-fragment. En av de mest använda metoderna inom detta område kallas "DNA origami" som gör det möjligt att tillverka nanopartiklar med nästan godtyckliga former, som är ungefär tusen gånger mindre än diametern på ett människohår. De kan vara platsspecifikt funktionaliserade med en mängd olika material, såsom individuella proteinmolekyler, antikroppar, läkemedelsmolekyler eller oorganiska nanopartiklar. Detta gör det möjligt att placera dem i definierade geometrier eller avstånd med nanometerprecision.

På grund av denna unika kontroll över materia på nanometerskalan, DNA -nanostrukturer har också övervägts för tillämpningar inom molekylärbiologi och nanomedicin. Till exempel, de kan användas som programmerbara läkemedelsbärare, diagnostiska anordningar eller för att studera cellers respons på exakt arrangerade molekyler. Dock, många av dessa artificiella DNA -nanostrukturer behöver en mycket högre saltkoncentration än i kroppsvätskor eller cellodlingsbuffertar för att behålla sin struktur och därmed deras funktionalitet. Dessutom, de kan snabbt brytas ned av speciella enzymer (nukleaser) som finns i kroppsvätskor som saliv eller blod som smälter främmande DNA. Denna instabilitet begränsar alla biologiska eller medicinska tillämpningar.

För att övervinna denna brist, ett team som leds av cfaed Research Group Leader Dr. Thorsten L. Schmidt (Technische Universität Dresden / Tyskland) belagde flera olika DNA -origamistrukturer med en syntetisk polymer. Denna polymer består av två segment, ett kort positivt laddat segment som elektrostatiskt "limmar" polymeren till den negativt laddade DNA -nanostrukturen och en lång oladdad polymerkedja som täcker hela nanostrukturen som liknar en päls. I sin studie "Block Copolymer Micellization as a Protection Strategy for DNA Origami" publicerad i Angewandte Chemie [DOI:10.1002/anie.201608873] de visade att sådana DNA -nanostrukturer täckta med polymererna var skyddade mot nukleassmältning och saltförhållanden. Dessutom visade de att strukturer som fungerar med nanopartiklar kan skyddas av samma mekanism.

Detta okomplicerade, kostnadseffektiv och robust väg för att skydda DNA-baserade strukturer kan därför möjliggöra tillämpningar inom biologi och nanomedicin, där oskyddat DNA-origami skulle brytas ned.