ДНК ‘оригами’ взлетает в новой области нано-машины

Просто как паровой двигатель создали предпосылки для промышленной революции, а микро-транзисторов вызвало эпоху цифровых технологий, наноразмерных устройств из ДНК открывают новую эру в области био-медицинских исследований и материаловедения.

Журнал Наука описывает возникающие использует ДНК механических устройств на «перспективу» статья Халид Salaita, профессор химии Университета Эмори, и Аарон Бланшар, аспирант в Уоллеса Х. Коултера кафедры биомедицинской инженерии, в рамках совместного проекта из Технологического института Джорджии и Университета Эмори.

В статье предвещает новое поле, которое Бланшар окрестили «mechanotechnology ДНК,» инженер машин ДНК, которые генерируют, передают и смысл механического воздействия на наноуровне.

«В течение долгого времени,» говорит Salaita, «ученые были хороши На делать микро-устройств, в сотни раз меньше толщины человеческого волоса. Это было более сложным, чтобы сделать функциональные наноустройства, в тысячи раз меньше. Но с использованием ДНК в качестве составных частей дает возможность создавать очень сложные устройства нано, потому что части ДНК самоорганизуются».

ДНК, или дезоксирибонуклеиновая кислота, сохраняет и передает генетическую информацию, как код состоит из четырех химических оснований: аденин (а) гуанин (г), цитозин (C) и тимин (Т). Основаниями ДНК имеет естественное сродство на пары друг с другом … а с т и с с синтетическими нитями, г. ДНК может быть в сочетании с нитями натурального ДНК бактериофагов. Путем перемещения по последовательности букв на пряди, исследователи могут получить ДНК, чтобы связать вместе, чтобы создать различные формы. Жесткость нити ДНК также можно легко регулировать, поэтому они остаются прямыми, как кусок сухого спагетти или согнуть и катушки, как вареные спагетти.

Идея использования ДНК в качестве строительного материала уходит корнями в 1980-е годы, когда биохимик Nadrian Симан пионером нанотехнологии ДНК. Это поле использует ДНК для создания функциональных устройств на наноуровне. Способность сделать эти точные, трехмерные структуры стали как новинка, по прозвищу ДНК-оригами, в результате чего объекты, такие как микроскопическая карте мира и, более недавно, самая маленькая в мире игра в крестики-нолики, играл на ДНК доске.

Работа на новизну объектов продолжает оказывать новому взглянуть на механические свойства ДНК. Эти выводы являются движущей возможность делать станки ДНК, которые генерируют, передают и смысл механических сил.

«Если вы сложите вместе эти три основные составляющие механических устройств, вы начнете получать молотки и винтики и колесики и вы можете начать строить наномашины,» Salaita говорит. «Mechanotechnology ДНК расширяет возможности проведения исследований с участием биомедицины и материаловедения. Это как открытие нового континента и открывая новые территории для изучения».

Потенциал использования таких устройств включают устройства доставки лекарственных препаратов в форме капсул нано, которые открываются при достижении целевого сайта, компьютеры, нано и нано роботы работают на наноуровне сборочных линий.

Использование самосборки ДНК, геномная индустрия, для биомедицинских исследований и диагностики, дополнительно стимулируя mechanotechnology ДНК, делая синтез ДНК недороги и легкодоступны. «Потенциально любой человек может придумать нано-дизайн машины и сделать его реальностью», — говорит Salaita.

Он дает пример создания пара нано ножницы. «Вы знаете, что вам нужно два жестких стержней, и что они должны быть связаны между собой механизмом поворота», — говорит он. «По мастерить с открытым исходным кодом, вы можете создать этот дизайн, а затем перейти на компьютер и разместить заказ, чтобы таможня синтезировать свой дизайн. Вы получите ваш заказ в трубку. Вы просто положить содержимое трубки в раствор, пусть ваше устройство самостоятельно собрать, а затем использовать микроскоп, чтобы увидеть, если он работает так, как вы думали, что это было».

Лаборатории Salaita является одним из всего лишь около 100 по всему миру, работающим на переднем крае mechanotechnology ДНК. Он и Бланшар разработали сильнейший синтетический ДНК-в мире мотор, о которой недавно сообщалось в письмах нано.

Одним из ключевых направлений исследований Salaita является сопоставление и измерение как клетки толкать и тянуть, чтобы узнать больше о механических сил, задействованных в иммунной системе человека.

Salaita разработана первая группа датчиков ДНК для клетки, обеспечивая первое детальное представление о механических силах, что одна молекула относится к другой молекуле по всей поверхности живой клетки. Сопоставление таких сил может помочь для диагностики и лечения заболеваний, связанных с клеточной механики. Раковые клетки, например, двигаться по-другому от нормальных клеток, и неясно, является ли это различие является причиной или следствием заболевания.

В 2016 году, Salaita использовали эти силы ДНК Калибры, чтобы обеспечить первое прямое доказательство для механических сил Т-клеток, охранники иммунной системы. Его лаборатории показали, как Т-клетки используют своего рода механический «рукопожатие» или буксир, чтобы проверить, является ли ячейка, с которыми они сталкиваются друг или враг. Эти механические буксиры имеют центральное значение для решения Т-клеток для того, чтобы смонтировать иммунный ответ.

«Ваша кровь содержит миллионы различных типов Т-клеток, и каждая Т клетки эволюционировали для выявления определенного возбудителя или иностранного агента,» Salaita объясняет. «Т-клетки постоянно отбор клеток по всему телу, используя эти механические рывки. Они связывают и тянет на белки на поверхности клетки и, если связь сильна, это сигнал о том, что Т-клеток нашла иностранного агента».

Лаборатории Salaita построена на этом открытии в статье, недавно опубликованной в Трудах Национальной академии наук (PNAS). Работа под руководством Эмори химии студента выпускника Жун Ма утонченной чувствительности датчиков силы ДНК. Они не только могут выявить эти механические буксиры в силу столь незначительно, что это почти одна миллиардная масса скрепки, они также могут захватить доказательства буксиров столь же кратким, как мгновение ока.

Исследование обеспечивает беспрецедентный взгляд на механических сил, задействованных в иммунной системе. «Мы показали, что помимо того, что эволюционировали для того чтобы обнаружить некоторые иностранные агенты, Т-клетки также применяются очень краткая механические буксиры, чтобы иностранные агенты, которые в ближайшем матче,» Salaita говорит. «Частота и продолжительность буксира зависит от того, насколько тесно иностранного агента соответствует Т-клеточного рецептора».

Результат обеспечивает инструмент, чтобы предсказать, насколько сильный иммунный ответ Т клетки будут монтировать. «Мы надеемся, что этот инструмент в конечном итоге могут быть использованы для тонкой настройки иммунотерапии для пациентов с раком,» говорит Salaita. «Это может помочь инженер клетки T для того чтобы пойти после отдельных раковых клеток.»

сделать разницу: спонсорские возможности