Более того, ученые визуализировали их с помощью метода микроскопии сверхвысокого разрешения на основе ДНК и получили первые четкие трехмерные оптические изображения интактных синтетических наноструктур ДНК в растворе.В будущем ученые потенциально могут покрыть клетки ДНК, чтобы заключить их содержимое, упаковывая лекарства для доставки в ткани.
И, как просторный шкаф, клетку можно было модифицировать с помощью химических крючков, которые можно было использовать для подвешивания других компонентов, таких как белки или наночастицы золота. Это может помочь ученым создать множество технологий, в том числе крошечные электростанции, миниатюрные фабрики по производству специальных химикатов или высокочувствительные фотонные датчики, которые диагностируют болезни, обнаруживая молекулы, производимые аномальной тканью.
«Я вижу захватывающие возможности для этой технологии», — сказал Пэн Инь, доктор философии, главный преподаватель Института Висс, доцент кафедры системной биологии Гарвардской медицинской школы и старший автор статьи.Строительство с ДНКДНК наиболее известна как хранитель генетической информации.
Но ученые в развивающейся области ДНК-нанотехнологий изучают способы использования ее для создания крошечных структур для различных приложений. Эти структуры являются программируемыми, в том смысле, что ученые могут определять последовательность букв или оснований в ДНК, и эти последовательности затем определяют структуру, которую она создает.До сих пор большинство исследователей в этой области использовали метод, называемый ДНК-оригами, в котором короткие нити ДНК скрепляют два или три отдельных сегмента гораздо более длинной нити вместе, заставляя эту нить складываться в точную форму.
Первопроходцем в области оригами ДНК был отчасти член основного факультета Института Висс Уильям Ши, доктор философии, который также является доцентом кафедры биологической химии и молекулярной фармакологии Гарвардской медицинской школы и кафедры биологии рака в Дана-Фарбер. Институт рака.Команда Инь построила различные типы структур ДНК, в том числе модульный набор частей, называемых одноцепочечными плитками ДНК или кирпичиками ДНК.
Как и кубики LEGO®, эти части можно добавлять или удалять независимо. В отличие от кубиков LEGO®, они собираются самостоятельно.Но для некоторых приложений ученым может потребоваться построить структуры ДНК гораздо большего размера, чем кто-либо построил до сих пор.
Итак, чтобы добавить в свой инструментарий, команда Инь искала строительные блоки гораздо большего размера.Инженерные задачиИнь и его коллеги впервые использовали ДНК-оригами для создания очень больших строительных блоков в форме штатива фотографа. План заключался в том, чтобы эти ножки штатива крепились встык, образуя многогранники — объекты с множеством плоских граней, которые сами по себе являются треугольниками, прямоугольниками или другими многоугольниками.
Но когда Инь и три ведущих автора статьи, Рёсукэ Иинума, бывший научный сотрудник Института Висса, Юнган Кэ, доктор философии, бывший научный сотрудник Висса, ныне доцент кафедры биомедицинской инженерии в Технологическом институте Джорджии и Университете Эмори и Ральф Юнгман, доктор философии, научный сотрудник Wyss, построил штативы большего размера и попытался собрать их в многогранники, ножки больших штативов раскачивались и раскачивались, что вообще мешало им создавать многогранники.Исследователи решили эту проблему, построив горизонтальную стойку для стабилизации каждой пары ножек, точно так же, как производитель мебели использовал бы кусок дерева, чтобы соединить ножки шаткого стула.
Чтобы склеить ножки штатива встык, они воспользовались тем фактом, что совпадающие нити ДНК соединяются в пары и сцепляются друг с другом. Они оставили метку ДНК, свисающую с ножки штатива, и соответствующую метку на ножке другого штатива, с которым они хотели, чтобы она была соединена.
Команда запрограммировала ДНК складываться в прочные штативы, в 60 раз больше, чем предыдущие ДНК-штативы, и в 400 раз больше, чем кубики ДНК. Затем эти штативы самостоятельно собирались в трехмерный многогранник определенного типа — все в одной пробирке.
Регулируя длину стойки, они построили штативы, которые варьировались от вертикальных до растянутых. Более вертикальные треноги образовывали многогранники с меньшим количеством граней и более острыми углами, такие как тетраэдр с четырьмя треугольными гранями. Штативы с более широкими ножками образовывали многогранники с большим количеством граней, такие как шестиугольная призма, которая имеет форму сырного колеса и имеет восемь граней, включая верхнюю и нижнюю.Всего они создали пять многогранников: тетраэдр, треугольную призму, куб, пятиугольную призму и шестиугольную призму.
Снимки UltrasharpПостроив клетки, ученые визуализировали их, используя метод ДНК-микроскопии, который помог разработать Юнгманн, под названием DNA-PAINT. В DNA-PAINT короткие нити модифицированной ДНК заставляют точки на структуре мигать, а данные на мигающих изображениях показывают структуры, слишком маленькие, чтобы их можно было увидеть с помощью обычного светового микроскопа. DNA-PAINT сделал сверхчеткие снимки ДНК-клеток исследователей — первые трехмерные снимки отдельных структур ДНК в их естественной водной среде.
«Биоинженеры, заинтересованные в развитии области нанотехнологий, должны разработать методы производства, которые позволят создавать прочные компоненты с высокой степенью надежности, а также разработать методы самосборки, которые позволяют создавать наноразмерные устройства с определенными структурами и функциями», — сказал директор-основатель Института Висса Дон Ингбер. , Д.м.н. «Клетки ДНК Пэна и его методы визуализации процесса в растворе представляют собой значительный прогресс на этом пути».