Новые ДНК-нанопоры могут открываться и закрываться по команде для контролируемой доставки лекарств

Ученые из TU Delft и Института биохимии Макса Планка создали новый класс структурно адаптируемых «механических» пор из ДНК, способных транспортировать молекулы через клеточные мембраны. Эти инновационные нанопоры могут открываться и закрываться по требованию и, впервые, регулировать свой диаметр.

Это открывает новые возможности для биомедицинских применений, включая контролируемую и селективную по размеру доставку макромолекул. Результаты опубликованы в Advanced Materials.

Структурно адаптируемые поры

Исследователи разработали нанопоры с более широким отверстием в 30 нанометров (MechanoPores) вместо обычных 4–5 нанометров. ДНК — идеальный материал для строительства в наномасштабе: водородные связи между комплементарными парами оснований позволяют создавать желаемые структуры из цепей ДНК.

Ключевой задачей было обеспечить открытие и закрытие пор по команде. Для этого команда использовала гибкие свойства одноцепочечной ДНК, создав внутри поры гибкие одноцепочечные молекулы ДНК с двух сторон.

• Открытие: При добавлении комплементарной цепи ДНК образуется более жесткая двуцепочечная молекула, которая раздвигает пору, позволяя проходить более крупным биомолекулам.
• Закрытие: Добавление одноцепочечных молекул ДНК, комплементарных молекулам с внешней стороны поры, заставляет ее закрыться.

Настройка размера

Это первые нанопоры, которые могут обратимо принимать три разных диаметра и, следовательно, селектировать молекулы по размеру. Исследование также показало, что пору можно эффективно активировать в мембране, что подтверждено флуоресцентной визуализацией потока молекул.

«Наша работа — важный шаг к более продвинутым динамическим наноустройствам с потенциальным применением в области контролируемой доставки лекарств и молекулярной диагностики, где контролируемый транспорт биологических макромолекул через большие стабильные каналы имеет решающее значение», — говорит Сабина Каньева.

Следующий шаг — селекция молекул не только по размеру, но и по молекулярному составу, чтобы различать белки примерно одинакового размера для еще более избирательного транспорта.