En ny teknik för att bygga DNA-strukturer på mikroskopisk nivå har potential att främja läkemedelstillförsel och sjukdomsdiagnostik, föreslår en studie.
Ett team av forskare, från universiteten i Portsmouth och Leicester i Storbritannien, har utvecklat ett innovativt sätt att anpassa och stärka DNA-origami.
DNA-origami är metoden för att skapa nanostrukturer med anmärkningsvärd precision med hjälp av DNA-strängar som byggstenar. Dessa strukturer är dock ömtåliga och kan lätt falla isär under biologiska förhållanden, som förändringar i temperatur eller exponering för vissa enzymer som finns i levande organismer.
I en artikel, publicerad i Journal of the American Chemical Society , har forskare presenterat ett unikt sätt att göra origamistrukturerna starkare och mer mångsidiga i en reaktion i en pott, via en process som kallas triplex-riktad foto-tvärbindning.
Genom att strategiskt modifiera DNA-strängar under designprocessen kunde de introducera ytterligare nukleotidsekvenser – som är de grundläggande byggstenarna i DNA – som fungerar som fästpunkter för funktionella molekyler.
Fastsättning av molekylerna uppnåddes genom att använda triplexbildande oligonukleotider som bär ett tvärbindningsmedel. De använde sedan en kemisk process som involverade UVA-ljus för att permanent länka dessa molekyler till DNA-formerna.
En speciell fördel med detta tillvägagångssätt är genereringen av "superklammer" som verkar för att väva samman strukturen. Tidningen säger att tvärbindning till regioner utanför origamikärnan dramatiskt minskar strukturens känslighet för värme och demontering av enzymer.
Senior författare, Dr. David Rusling från University of Portsmouths School of Pharmacy and Biomedical Sciences, sa:"De potentiella tillämpningarna av denna teknik är långtgående. Förmågan att skräddarsy DNA-origamistrukturer med specifika funktioner har ett enormt löfte för att avancera medicinska behandlingar. och diagnostik.
"Vi föreställer oss en framtid där DNA-origamistrukturer kan användas för att leverera läkemedel eller DNA direkt till sjuka celler, eller för att skapa mycket känsliga diagnostiska verktyg."
Nuvarande tillämpningar av DNA-origami inom biomedicin inkluderar vacciner, biologiska nanosensorer, läkemedelsleverans, strukturell biologi och transportmedel för genetiskt material.
Medförfattare Dr Andrey Revyakin, tidigare från University of Leicester, sa:"Mitt labb har kämpat i flera år för att göra DNA-origamistrukturer som förblir funktionella i verkliga biologiska tillämpningar. Dr Ruslings triplexbaserade metod, som "uppgraderar ' den klassiska DNA-dubbelhelixen med ytterligare en tredje sträng stabiliserar DNA-formerna och gör det med stor precision utan att påverka molekylens funktionella moduler."
Tidningen säger att den nya strategin är skalbar och kostnadseffektiv, eftersom den fungerar med befintliga origamistrukturer, inte kräver omkonstruktion av byggnadsställningar och kan uppnås med bara en DNA-sträng.
Dr. Rusling tillade, "Det som är riktigt spännande med den här tekniken är att den inte förändrade den underliggande origami-DNA-sekvensen, vilket ger möjligheten att använda dessa strukturer som bärare för syntetiska gener."
Mer information: Shantam Kalra et al, Functionalizing DNA Origami av Triplex-Directed Site-Specific Photo-Cross-Linking, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.4c03413
Journalinformation: Tidskrift för American Chemical Society
Tillhandahålls av University of Portsmouth
