"dna origami" roboter zielen krebszellen
Mit einer Technik namens "DNA origami" haben US-Wissenschaftler programmierbare Molekül-transportierende Nanorobots gemacht, die bestimmte Zellziele aussuchen und spezifische Anweisungen für sie geben können. Ein Beispiel für eine solche Verwendung könnte sein, Krebszellen zu erkennen, um sich selbst zu zerstören. Die Forscher schreiben über ihre Ergebnisse in Freitag Online-Ausgabe von Wissenschaft .
Die programmierbaren Nanorobots tragen Ladungen von Molekülen, die freigesetzt werden, wenn Aptamere (Peptidmoleküle, die an ein bestimmtes Ziel binden) in ihrer Struktur an spezifische Proteine an der Oberfläche von Zielzellen binden.
Forscher am Wyss-Institut für biologisch inspiriertes Ingenieurwesen an der Harvard-Universität modellierten die Technologie auf den weißen Blutkörperchen des Immunsystems, die den Blutkreislauf patrouillieren und nach Anzeichen von Schwierigkeiten suchen. Sie hoffen eines Tages wird es verwendet, um Immunantworten zur Behandlung von Krankheiten zu programmieren.
Die DNA-Origami-Methode ist eine, die Stränge von DNA in komplexe dreidimensionale Formen faltet.
Diese neueste Studie gilt als Durchbruch, weil sie die jüngsten Fortschritte in der DNA Origami zusammenführt, die in Forschungszentren auf der ganzen Welt, nicht nur am Wyss-Institut, vorangetrieben wurden, um die Herausforderung zu finden, wie man Krebszellen in einem hochselektiven tötet Weg.
Erster Autor Dr. Shawn Douglas, ein Wyss Technology Development Fellow, als er an der Studie arbeitete, und Kollegen, entwarfen ihren nanoskaligen Roboter in Form eines offenen Fasses aus zwei Hälften, die durch ein Scharnier verbunden waren. (Douglas ist nun Assistent Professor an der Fakultät für Life Sciences und Nano-Center an der Bar-Ilan University in Israel).
Die beiden Hälften werden durch spezielle DNA-Latches gehalten, die auf bestimmte Ziele reagieren, indem sie die beiden Hälften öffnen und ihre Nutzlast aussetzen.
Die Ziele, auf die die Latches reagieren, sind besondere Kombinationen von Zelloberflächenproteinen: Zum Beispiel könnten diese Krankheitsmarker sein.
Der DNA-Fass kann verschiedene Nutzlasten enthalten. Beispiele umfassen Moleküle mit spezifischen Anweisungen, auf die Rezeptoren auf Zelloberflächen reagieren, wodurch sie die Signale, die sie an die Zellen senden, verändern.
Die Forscher demonstrierten die Technologie auf Zellen von zwei Arten von Krebs: Leukämie und Lymphom. Die in der Nutzlast kodierte Nachricht bestand darin, den Selbstmordschalter der Zellen zu aktivieren. Dies löst ein Standardmerkmal aller Zellen, genannt Apoptose, die Alterung oder abnorme Zellen eliminiert werden kann.
Leukämie und Lymphomzellen sprechen nicht die gleiche Sprache, so dass die Selbstmordauslösungsanweisungen in verschiedenen Antikörperkombinationen codiert werden mussten.
Senior Autor Dr. George Church, ein Wyss Kern Fakultätsmitglied und Professor für Genetik an der Harvard Medical School, sagte der Presse:
"Wir können endlich sensible und logische Rechenfunktionen über komplexe, aber vorhersagbare Nanostrukturen integrieren - einige der ersten Hybriden von Struktur-DNA, Antikörpern, Aptamern und Metall-Atomclustern - auf eine sinnvolle, spezifische Ausrichtung von menschlichen Krebsarten und T- Zellen."
Die Vielseitigkeit der Technologie emuliert die von weißen Blutkörperchen, die die Fähigkeit haben, eine ganze Reihe von Zell-Notsignalen zu erfassen, an die Zellen zu binden und dann die entsprechenden Selbstzerstörungsbefehle in der Sprache dieses Zelltyps zu übertragen.
Die DNA nanorobot verwendet modulare Komponenten, um ein ähnliches Vielseitigkeitsgrad zu erreichen: unterschiedliche Scharniere, unterschiedliche molekulare Nutzlasten. Diese können aus dem zugrunde liegenden "Chassis" ein- und ausgeschaltet werden, wie zum Beispiel das Tauschen verschiedener Motoren und Reifen in und aus Autos.
Ein solches System sollte das Potential haben, eine Vielzahl von Krankheiten zu behandeln. DNA-Nanotechnologie ist weithin anerkannt als eine mögliche Möglichkeit, Medikamente und molekulare Signale zu liefern: ein weiteres Plus ist es biologisch abbaubar.
Aber es gibt erhebliche Herausforderungen in der Programmierung dieser winzigen Maschine, egal, wie man die richtige Struktur zu machen, dann bekommen sie zu öffnen und zu schließen, dann wieder öffnen, einfügen, tragen und liefern die Nutzlast.
Die Studie stellt einen großen Schritt vor, um diese Herausforderungen zu meistern, weil drei neue Elemente zum ersten Mal kombiniert wurden. Eines davon ist, weil das DNA-Fass keine Deckel hat, können die Nutzlasten von der Seite in einem Schritt eingefügt werden: es besteht keine Notwendigkeit zu öffnen und dann das Fass zu schließen.
Das zweite neue Element ist, dass dieses System Latches verwendet, die auf Proteine reagieren (nicht DNA oder RNA wie andere Systeme), die üblicherweise auf Zelloberflächen gefunden werden. Und das dritte neue Element ist, dass es Antikörper-Fragmente verwendet, um die molekularen Signale zu senden, so dass mit verschiedenen Kombinationen von diesen, verschiedene Arten von Immunantworten können repliziert werden, um spezifische Krankheiten zu zielen.
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