نانوروبات‌های DNA می‌توانند سلول‌های مصنوعی را تغییر دهند

دانشمندان دانشگاه اشتوتگارت موفق به کنترل ساختار و عملکرد غشاهای بیولوژیکی با کمک “اریگامی DNA” شده اند.

سیستمی که آنها توسعه دادند ممکن است حمل و نقل بارهای درمانی بزرگ را به سلول ها تسهیل کند.

این راه جدیدی را برای تجویز هدفمند دارو و سایر مداخلات درمانی باز می کند. بنابراین، ابزار بسیار ارزشمندی را می توان به جعبه ابزار زیست شناسی مصنوعی اضافه کرد.

پروفسور لورا نا لیو و تیمش یافته های خود را در مجله Nature Materials منتشر کردند.

شکل و مورفولوژی یک سلول نقش کلیدی در عملکرد بیولوژیکی دارد. این با اصل “فرم به دنبال عملکرد” ​​مطابقت دارد که در زمینه های مدرن طراحی و معماری رایج است.

انتقال این اصل به سلول های مصنوعی یک چالش در زیست شناسی مصنوعی است. پیشرفت‌ها در نانوتکنولوژی DNA اکنون راه‌حل‌های امیدوارکننده‌ای را ارائه می‌کنند.

آنها اجازه ایجاد کانال های انتقال جدید را می دهند که به اندازه کافی بزرگ هستند تا عبور پروتئین های درمانی از غشای سلولی را تسهیل کنند.

در این زمینه نوظهور، دانشمندانی مانند پروفسور لورا نا لیو، مدیر دومین موسسه فیزیک در دانشگاه اشتوتگارت و عضو موسسه تحقیقات حالت جامد

ماکس پلانک (MPI-FKF)، ابزاری نوآورانه برای کنترل شکل و نفوذ پذیری غشاهای لیپیدی در سلول های مصنوعی این غشاها از دو لایه لیپیدی تشکیل شده اند

که یک محفظه آبی را در بر می گیرند و به عنوان مدل های ساده شده غشاهای بیولوژیکی عمل می کنند. آنها برای مطالعه دینامیک غشاء، برهمکنش های پروتئینی و رفتار لیپیدی مفید هستند.

نقطه عطفی در کاربرد نانوتکنولوژی DNA

این ابزار جدید ممکن است راه را برای ایجاد سلول های مصنوعی کاربردی هموار کند. هدف کار علمی لورا نا لیو تأثیر قابل توجهی بر تحقیق و توسعه درمان های جدید است.

لیو و تیمش موفق شده‌اند از نانوربات‌های DNA وابسته به سیگنال برای فعال کردن تعاملات قابل برنامه‌ریزی با سلول‌های مصنوعی استفاده کنند.

لیو می‌گوید: «این کار نقطه عطفی در کاربرد نانوتکنولوژی DNA برای تنظیم رفتار سلولی است.

این تیم با وزیکول های تک لایه غول پیکر (GUVs) کار می کند که ساختارهای ساده و به اندازه سلول هستند که سلول های زنده را تقلید می کنند.

با استفاده از نانوروبات‌های DNA، محققان توانستند شکل و عملکرد این سلول‌های مصنوعی را تحت تأثیر قرار دهند.

کانال های انتقال جدید برای پروتئین ها و آنزیم ها

نانوتکنولوژی DNA یکی از حوزه های اصلی تحقیقاتی لورا نا لیو است. او در ساختارهای اوریگامی DNA متخصص است — رشته های DNA که با استفاده از

توالی های DNA کوتاه تر طراحی شده خاص، به اصطلاح staples تا می شوند. تیم لیو از ساختارهای اوریگامی DNA به‌عنوان نانوروبات‌های قابل تنظیم مجدد استفاده کردند

که می‌توانند شکل آن‌ها را به‌طور برگشت‌پذیر تغییر دهند و در نتیجه بر محیط نزدیک خود در محدوده میکرومتری تأثیر بگذارند.

محققان دریافتند که تبدیل این نانوربات‌های DNA می‌تواند با تغییر شکل GUV و تشکیل کانال‌های مصنوعی در غشاهای مدل GUV همراه شود.

این کانال‌ها به مولکول‌های بزرگ اجازه عبور از غشا را می‌دادند و در صورت لزوم می‌توان آن‌ها را دوباره مهر و موم کرد.

ساختارهای DNA کاملا مصنوعی برای محیط های بیولوژیکی

پروفسور Stephan Nussberger که یکی از نویسندگان این کار است، می گوید: «این بدان معناست که ما می توانیم از نانوربات های DNA برای طراحی شکل

و پیکربندی GUV ها استفاده کنیم تا امکان تشکیل کانال های انتقال در غشاء را فراهم کنیم.

Nussberger می‌افزاید: «بسیار هیجان‌انگیز است که مکانیسم عملکردی نانوربات‌های DNA روی GUV‌ها هیچ معادل بیولوژیکی مستقیمی در سلول‌های زنده ندارد.

کار جدید پرسش‌های جدیدی را مطرح می‌کند: آیا پلتفرم‌های مصنوعی – مانند نانوروبات‌های DNA – می‌توانند با پیچیدگی کمتری نسبت به همتایان بیولوژیکی خود طراحی شوند

که با این وجود در یک محیط زیستی کار می‌کنند؟

درک مکانیسم های بیماری و بهبود درمان ها

مطالعه جدید گام مهمی در این راستا است. سیستم کانال‌های غشایی متقاطع، ایجاد شده توسط نانوروبات‌های DNA، امکان عبور مؤثر مولکول‌ها و مواد خاص را به داخل سلول‌ها فراهم می‌کند.

مهمتر از همه، این کانال ها بزرگ هستند و می توان برنامه ریزی کرد تا در صورت نیاز بسته شوند. هنگامی که این سیستم برای سلول های زنده اعمال می شود، می تواند

انتقال پروتئین ها یا آنزیم های درمانی را به اهداف خود در سلول تسهیل کند. بنابراین امکانات جدیدی برای تجویز داروها و سایر مداخلات درمانی ارائه می دهد.

پروفسور هائو یان، یکی از نویسندگان این کار می گوید: “رویکرد ما فرصت های جدیدی را برای تقلید از رفتار سلول های زنده باز می کند.

این پیشرفت می تواند برای استراتژی های درمانی آینده بسیار مهم باشد.”

منبع: مواد ارائه شده توسط Universitaet Stuttgart.