Ученые разработали стратегию создания наноустройств с использованием ДНК-"кирпичиков"

Исследователи из Института биоинженерного вдохновения Висса при Гарвардском университете разработали метод создания сложных наноструктур из коротких синтетических цепочек ДНК. Эти "строительные блоки", называемые одноцепочечными тайлами (SSTs), подобно Lego, могут быть запрограммированы на самосборку в заданные формы, например, буквы или смайлики. Дальнейшее развитие технологии может позволить создавать новые наноразмерные устройства, такие как системы доставки лекарств непосредственно к очагу болезни.

Технология, описанная в онлайн-выпуске журнала Nature, была разработана группой под руководством Пэн Иня, доктора философии, основного сотрудника Института Висса и доцента системной биологии Гарвардской медицинской школы. В команду также входили постдок Брайан Вэй, доктор философии, и аспирант Минцзе Дай.

Хотя ДНК известна как носитель генетической информации, в развивающейся области ДНК-нанотехнологий её исследуют как материал для создания программируемых структур для различных применений. До сих пор большинство исследований фокусировалось на методе "ДНК-оригами", использующем одну длинную биологическую цепь ДНК в качестве основы, к которой крепятся более короткие цепи. Этот метод также разрабатывается в Институте Висса.

Команда Иня разработала альтернативный метод, основанный на использовании коротких синтетических цепочек ДНК без длинной основы. Каждый SST — это одна короткая цепь ДНК. Один тайл соединится с другим, если имеет комплементарную последовательность. Если совпадений нет, блоки не соединяются. Таким образом, набор тайлов может самособираться в заданные формы через серию локальных соединений.

В ходе демонстрации метода исследователи создали более ста различных дизайнов, включая китайские иероглифы, цифры и шрифты, используя сотни тайлов для одной структуры размером около 100 нанометров. Подход является простым, надежным и универсальным.

Как синтетические материалы, SSTs могут иметь важные применения в медицине. Они могут организовываться в устройства для доставки лекарств, сохраняющие структурную целостность до достижения конкретных клеток-мишеней, и, будучи синтетическими, могут быть сделаны высокобиосовместимыми.

"Использование ДНК-нанотехнологий для создания программируемых наноустройств — важный фокус в Институте Висса, поскольку мы твердо верим в их потенциал для создания революционного подхода к разработке новых диагностических и терапевтических средств", — сказал основатель и директор Института Висса Дональд Ингбер, доктор медицины и философии.