Getarnte DNA Nano überleben Pilot Mission

Es ist eine bekannte Trope in der Science Fiction : In Feindesland , aktivieren Sie Ihre Tarnvorrichtung . Und der realen Welt Viren verwenden ähnliche Taktiken sich unsichtbar für das Immunsystem zu machen. Jetzt haben Wissenschaftler an der Harvard Wyss Institut für Biologisch inspirierte Technik haben diese virale Taktik nachgeahmt , die ersten DNA- Nanomaschinen , die die körpereigene Immunabwehr überleben bauen.

Die Ergebnisse ebnen den Weg für intelligente DNA- Nanoroboter , die Logik nutzen könnten , Krebserkrankungen früher und genauer zu diagnostizieren , als Ärzte können heute ; Ziel Drogen zu Tumoren oder sogar fertigen Drogen auf der Stelle , um Krebs zu lähmen , berichten die Forscher in der 22. April Online-Ausgabe von ACS Nano .

"Wir imitiert Virus -Funktionalität , um schließlich Therapeutika , die gezielt Zellen bauen", sagte Wyss Institut KernfakultätsmitgliedWilliam Shih , Ph.D., Senior-Autor des Papiers . Shih ist auch ein Associate Professor für Biologische Chemie und Molekulare Pharmakologie an der Harvard Medical School und Professor für Krebsbiologie am Dana-Farber Cancer Institute.

Das gleiche cloaking Strategie könnte auch verwendet werden, um künstliche mikroskopische Container genannt Proto die als Biosensoren dienen könnte , um Krankheitserreger in Lebensmitteln oder giftigen Chemikalien in Trinkwasser detektieren herzustellen.

DNA ist für die Durchführung genetischer Information bekannt, aber Shih und andere Bio-Ingenieure nutzen sie stattdessen als Baumaterial . Dazu verwenden sie DNA-Origami - eine Methode Shih geholfen verlängern von 2D auf 3D . Bei dieser Methode nehmen die Wissenschaftler einen langen DNA-Strang und programmieren Sie es in speziellen Formen zu falten , so wie ein einzelnes Blatt Papier gefaltet wird, um in verschiedenen Formen in der traditionellen japanischen Kunst zu schaffen.


Ein umhülltes Virus (links) Mäntel selbst mit Lipid als Teil seines Lebenszyklus . New lipidumhüllte DNA Nano (rechts) eng mit den Viren ähneln, und entziehen den Immunabwehr von Mäusen.
Bildnachweis: Steven Perrault / Harvard Wyss Institut

Shih -Team setzt diese Formen, um DNA Nanometer-Bauteilen , die eines Tages so komplex wie die molekulare Maschinerie der Zellen gefunden werden zu bauen. Zum Beispiel entwickeln sie Methoden, um DNA in kleine Roboter, die ihre Umgebung wahrnehmen , berechnen , wie sie reagieren zu bauen, dann führen eine nützliche Aufgabe , wie zB Durchführung einer chemischen Reaktion oder Erzeugung mechanischer Kraft oder Bewegung .

Solche DNA- Nanoroboter können sich wie Science Fiction klingen, aber sie bereits vorhanden sind . Im Jahr 2012 berichtete Wyss Institut Forscher in der Wissenschaft , dass sie eine Nanoroboter , die Logik verwendet , um eine Zielzelle zu erkennen gebaut hatte, zeigt dann einen Antikörper, der ein " Selbstmord -Schalter" in aktiviert Leukämie oder Lymphom Zellen .

Für eine DNA- Nanofunktionseinheit zur erfolgreichen Diagnose oder Behandlung von Krankheiten , muss es die Abwehrkräfte lange genug überleben, um seine Arbeit zu tun . Aber in ihrer aktuellen Studie Shih -Team entdeckt, dass DNA- Nanomaschinen in die Blutbahn von Mäusen injiziert werden schnell verdaut .

"Das führte uns zu fragen:" Wie können wir unsere Partikel davon ab, gekaut zu schützen? ' ", Sagte Shih .

Natur inspiriert die Lösung. Die Forscher entwarfen ihre Nanogeräten , um einen Typ des Virus, dessen Genom schützt, indem es in einer festen Protein Fall eingeschlossen wird , dann die Schichtung auf einer öligen Schicht identisch mit der in Membranen lebender Zellen umgibt imitieren. Diese Beschichtung oder Umhüllung , enthält eine Doppelschicht ( Bilayer ) Phospholipid , dass die Viren zu entziehen des Immunsystems hilft und liefert sie an das Zellinnere .

" Wir hatten schon vermutet , dass eine virusähnlichen Hülle um unsere Partikel könnten unser Problem zu lösen ", sagte Shih .

Zur Beschichtung von DNA- Nanomaschinen mit Phospholipid, Steve Perrault, Ph.D., ein Wyss Institut Technology Development Fellow in der Gruppe von Shih und führen Autor des Papiers , erste DNA in eine Virus große Oktaeder gefaltet. Dann nutzte er die präzise Konstruktionsfunktionen der DNA-Nanotechnologie , Gebäude in Griffen an Lipide , die wiederum leitete die Montage von einer einzigen Doppelschicht-Membran umgibt das Oktaeder hängen.

Unter einem Elektronenmikroskop , die beschichteten Nanogeräte ähnelte ein umhülltes Virus.

Perrault dann gezeigt, dass die neuen Nanogeräte überlebten in den Körper, in dem er sie mit einem Fluoreszenzfarbstoff , deren Injektion in Mäuse und mit Ganzkörper-Bildgebung , um zu sehen , welche Teile der Maus glühte .

Nur die Blase glühten bei Mäusen, die unbeschichteten Nano , was bedeutete, dass die Tiere brach sie sich schnell und waren bereit, ihre Inhalte auszuscheiden erhalten . Aber den ganzen Körper der Tiere glühte für Stunden, wenn sie die neuen , beschichtete Nano erhalten . Dies zeigte, dass Nano blieb in den Blutkreislauf , solange wirksame Medikamente zu tun.

Die beschichteten Vorrichtungen entziehen auch das Immunsystem . Levels von zwei immun Aktivierung Moleküle waren mindestens 100 - fach niedriger bei Mäusen mit beschichteten Nano im Gegensatz zu unbeschichteten Nano behandelt.

In Zukunft könnte gehüllt Nanoroboter das Immunsystem zur Bekämpfung von Krebs und das Immunsystem unterdrücken , um transplantierte Gewebe etabliert zu aktivieren.

" Die Aktivierung der Immunantwort könnte klinisch nützlich oder etwas zu vermeiden", sagte Perrault . " Die Hauptsache ist , dass wir es zu kontrollieren. "

"Patienten mit Krebs und anderen Krankheiten würden enorm von präzisen molekularen Maßstab Tools profitieren , gleichzeitig Diagnose und Behandlung von erkrankten Geweben und macht DNA -Nanopartikel zuletzt im Körper ist ein großer Schritt in diese Richtung ", sagte Wyss Institut Gründungsdirektor Don Ingber , MD, Ph.D.