Nové nanopóry DNA se mohou otevírat a zavírat na vyžádání pro kontrolované dodávání léčiv

Vědci z TU Delft a Institutu Maxe Plancka vytvořili novou třídu strukturálně adaptabilních „mechanických“ pórů vyrobených z DNA, které mohou transportovat molekuly přes buněčné membrány. Tyto inovativní nanopóry se mohou na požádání otevřít a zavřít a poprvé upravit svůj průměr.

To nabízí nové možnosti pro biomedicínské aplikacevčetně řízeného a velikostně selektivního dodávání makromolekul. Výsledky byly zveřejněno v Pokročilé materiály.

Ze Yu, postdoktorka ve skupině Sabiny Canevové a spoluprvní autorka publikace, vysvětluje, že nanopóry DNA origami jsou široce používány v biofyzice a biotechnologii k analýze tvarů a složení proteinů. Tradiční póry jsou však příliš úzké na to, aby jimi prošly makromolekuly, jako jsou terapeutika, a póry jsou neustále otevřené, což není ideální pro cílené podávání léků.

Strukturálně přizpůsobivé póry

Caneva a její tým ve spolupráci s laboratoří Heuer-Jungmann v Ústavu biochemie Maxe Placka navrhli a vyvinuli nanopóry s širším otvorem 30 nanometrů (MechanoPores), namísto obvyklých 4–5 nanometrů.

“DNA je ideální materiál pro stavbu v malém měřítku,” říká Yu. “Používáme vodíkové vazby mezi komplementárními páry bází k vytvoření požadované struktury s řetězci DNA.” Díky tomuto přístupu lze nanotechnologii DNA origami použít k vytvoření přesných, předem naprogramovaných 2D a 3D tvarů.

Největší výzvou bylo otevření a uzavření pórů na vyžádání. Canevův tým k tomu využil flexibilní vlastnosti jednovláknové DNA, v podstatě připomínající poddajný mechanismus. Uvnitř póru je na dvou stranách flexibilní jednovláknová molekula DNA.

Když se přidá komplementární řetězec DNA, vytvoří se tužší dvouřetězcová molekula DNA, která tlačí do otevření pórů a umožňuje průchod větším biomolekulám. K uzavření pórů jednovláknová DNA molekul které jsou komplementární k molekulám DNA na vnější straně póru, což nutí pór se uzavřít.

Laditelnost velikosti

Podle Yu je to první nanopóry který může reverzibilně přijmout tři různé průměry a může tedy vybrat molekuly na základě velikosti.

Výzkum ukazuje, že póry lze účinně aktivovat také v membráně, což se vědcům dosud nepodařilo. To vyžaduje biochemický trik, jak přimět MechanoPore, aby seděl přes biomembránu, a bylo potvrzeno fluorescenčním zobrazením molekulárního toku pórem.

Sabina Caneva, odborná asistentka na Fakultě strojního inženýrství, řekla: „Naše práce je důležitým krokem k pokročilejším dynamickým nanozařízením s potenciálním využitím v oblasti řízeného dodávání léčiv a molekulární diagnostiky, kde je řízený transport biologických makromolekul přes velké, stabilní kanály jsou zásadní.”

Dalším krokem je výběr molekul nejen podle velikosti, ale také podle molekulárního složení. “Existují různé proteiny zhruba stejné velikosti. Naším cílem je rozlišit mezi těmito proteiny na základě molekulárního složení pro ještě selektivnější transport přes nanopóry,” říká Yu.