CRISPR для создания "умных" материалов: от доставки лекарств до диагностики
Исследователи из MIT и Гарварда адаптировали систему редактирования генома CRISPR для создания новых материалов, способных менять свои свойства при контакте с определёнными последовательностями ДНК.
Как это работает
В основе метода — фермент Cas12a, который программируется направляющей РНК на поиск специфической двухцепочечной ДНК-«мишени». Обнаружив её, Cas12a активируется и приобретает способность разрезать любую одноцепочечную ДНК поблизости.
Ключевая идея: встраивая одноцепочечную ДНК в структуру материалов, можно с помощью Cas12a управлять их свойствами в ответ на биологические сигналы из окружающей среды.
Применение в материалах
Исследователи создали два типа гелей с разными функциями:
Гель для контролируемого высвобождения. Гель из полиэтиленгликоля (PEG), где ДНК используется как «якорь» для удержания ферментов или крупных биомолекул. При активации Cas12a разрезает ДНК-якоря, высвобождая полезную нагрузку (например, лекарства или факторы роста).
Гель для высвобождения крупных объектов. Акриламидный гель, где одноцепочечная ДНК является частью структурного каркаса. Активация Cas12a приводит к разрушению всего геля, что позволяет высвобождать крупные объекты: клетки или наночастицы. Исследователи изучают возможность использовать этот подход для доставки модифицированных бактериальных клеток для лечения заболеваний ЖКТ.
Диагностические устройства
На основе технологии созданы два типа сенсоров:
Электронный сенсор. Проводящий гель (содержащий одноцепочечную ДНК и сажу) прикреплён к поверхности электрода. Присутствие мишени (например, вирусной РНК Эболы в образце крови) активирует Cas12a, гель отсоединяется, и электрический ток прекращает течь.
Микрофлюидный сенсор. Гель с ДНК работает как клапан, контролирующий поток жидкости в микрофлюидном канале. При обнаружении мишени гель разрушается, клапан закрывается, и поток останавливается. Сенсор можно подключить к RFID-чипу для беспроводной передачи бинарного сигнала о результате теста.
Технология может быть адаптирована для диагностики различных инфекционных заболеваний или обнаружения циркулирующих раковых клеток.
Цитата ведущего автора: «Это исследование служит хорошей отправной точкой для демонстрации того, как CRISPR можно использовать в материаловедении для очень широкого спектра применений», — говорит Джеймс Коллинз, старший автор исследования.
Мнение эксперта: Филип ЛеДюк из Университета Карнеги-Меллон назвал работу «невероятно творческой» и отметил, что «это нетривиальное пересечение двух разных областей может привести к появлению целого нового поколения подходов — от создания искусственных органов до улучшения состояния окружающей среды».