Genom att vika DNA-bitar till formen av en femuddig stjärna med hjälp av strukturell DNA-nanoteknik, forskare har skapat en fälla som fångar Dengue -virus när det flyter i blodomloppet. En gång sprunget, fällan – som är giftfri och naturligt rensas bort från kroppen – tänds. Det är det mest känsliga testet för myggburna sjukdomar som hittills utarbetats.

Publicerad idag i Naturkemi , denna detekteringsteknik kan utökas till andra virus och anpassas för att döda de virus som det snärjar.

"Detta är känsligare än något annat sätt att upptäcka denguefeber, slå det kliniska testet med mer än 100 gånger, " sa Xing Wang, motsvarande författare till studien, en biträdande professor i kemi och medlem av Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies (CBIS) vid Rensselaer Polytechnic Institute vid tidpunkten för forskningen. "Bindningen är tät och specificiteten är hög, vilket gör det möjligt för oss att urskilja förekomsten av Dengue på den första dagen av infektionen."

En fälla kan vara effektiv mot många olika virus eftersom, för att infektera sin värd, alla virus måste först låsa sig på en cellvägg och slita in sina genetiska instruktioner i cellen. Under 2016 forskning utförd vid CBIS, Rensselaer-kemist Robert Linhardt och Rensselaers kemiingenjör Jonathan Dordick konstruerade en syntetisk polymer konfigurerad för att matcha en sekvens av sialinsyralåspunkter på influensaviruset. I lungan, influensa måste binda till sialinsyra för att invadera lungceller. Den syntetiska fällan fungerade som ett lockbete, fånga influensa innan den fäste på lungceller.

Behandlingen minskade influensa A-dödligheten hos möss från 100 % till 25 % under 14 dagar. Dock, Linhardt och Dordick, som båda är medförfattare till den nya studien, förväntade sig att den syntetiska polymeren som de hade använt som ram för fällan kunde visa sig vara giftig för kroppen och det var osannolikt att den skulle accepteras som terapeutisk.

Strukturell DNA-nanoteknik – en etablerad metod för att vika DNA-strängar till designade, skräddarsydda geometriska former och föremål – erbjöd forskargruppen en giftfri, biologiskt nedbrytbart alternativ att bygga en ny fälla på, sa Wang. Den sfäriska ytan av Dengue, som det närbesläktade Zika -viruset, är översållade med flera spärrpunkter för att fånga en cellyta.

Genom att överlagra olika DNA-nanostrukturella former på bilder av viruset, laget bestämde sig för en femuddig stjärna – de kallar den en "DNA-stjärna" – som den bästa matchningen mellan punkter på DNA-formen och låspunkter på viruset.

Wang tog ledningen för att producera DNA-stjärnan. Han fäste också specifika aptamerer - molekyler som de virala spärrarna kommer att binda till - exakt till spetsarna och hörnen på stjärnan så att de skulle anpassas till fördelningen av spärrarna på viruset.

"Du kan lägga stjärnan på viruset och rikta in en hel halvklot av sfären exakt, sa Wang, nu vid University of Illinois i Urbana-Champaign. "Alla ligander som skulle rikta in sig på antigenerna från detta virus skulle överlappa perfekt med en DNA-stjärna. Om vi ​​bara kunde skapa en koppling på ett ställe skulle det vara ett svagt bindemedel, men med tio aptamerer som kopplar viruset till stjärnan, vi har ett hårt grepp om målet. "

En gång bunden till viruset, DNA-stjärnan börjar fluorescera, gör det lätt synligt i ett blodprov.

"Att använda designer DNA nanoarkitektur som en diagnostik är ett första steg. Nästa steg skulle vara att döda viruset när det väl är bundet. Detta kan också göras genom att använda en DNA origami nanoplattform, visar en ännu bättre biostabilitet, att rekonstruera en DNA-stjärnform av aptamerer, ", sa Linhardt. "Detta är första gången människor har använt DNA-nanostruktur på detta sätt, men tekniken är bred, och vi kan förvänta oss att den används i många andra applikationer."

Arbetet är en av många lovande strategier för att komma fram från CBIS.

"Denna transformativa utveckling kombinerar en ny strategi med framväxande teknologi för medicinska lösningar som har undgått mer konventionella tillvägagångssätt. Det är precis den typ av forskning som den tvärvetenskapliga miljön på CBIS är utformad för att möjliggöra, och är ett utmärkt exempel på den kaliber av arbete vi producerar, " sa Deepak Vashishth, direktör för CBIS.