Наноразмерный манипулятор предназначен для захвата и удержания отдельных наночастиц или вирусов. В перспективе такие устройства смогут быть введены в кровоток для работы непосредственно в организме, обеспечивая доставку лекарственных препаратов и противовирусную терапию.
Молекулы ДНК формируются из четырех типов азотистых оснований, которые взаимодействуют друг с другом парами, образуя прочные связи, напоминающие действие миниатюрных магнитов. Благодаря этому живые клетки способны копировать нити ДНК, последовательно присоединяя комплементарные основания. Однако ученые освоили использование этого свойства и для других целей, в частности, для создания сложных молекулярных конструкций, в которых отдельные элементы удерживаются вместе благодаря комплементарным связям между основаниями ДНК.
С использованием технологии «ДНК-оригами» уже удалось создать наноразмерный двигатель и воспроизвели репродукцию картины Ван Гога. А недавно Син Ван (Xing Wang) и его коллеги из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне продемонстрировали микроскопический манипулятор NanoGripper, напоминающий кисть человеческой руки, но собранный из молекул ДНК. Об этом рассказывается в статье, выложенной в онлайн-библиотеке препринтов bioRxiv.
Роборуки» имеют конструкцию, имитирующую человеческую кисть, но с четырьмя пальцами, расположенными симметричным крестом. Каждый палец, подобно человеческому, состоит из трех суставов, однако его размеры значительно меньше: длина достигает 71 нанометр, а толщина — восемь нанометров. На «подушечках» возможно размещение фрагментов ДНК с определенной последовательностью азотистых оснований или других чувствительных молекул, что обеспечивает точное взаимодействие с объектами, их захват и удержание.
Используя золотые наночастицы (диаметром от 50 до 100 нанометров) с фрагментами ДНК на поверхности, ученые подтвердили это. «Роборука» NanoGripper, взаимодействуя с этими частицами, смогла успешно захватить и удерживать их. Подобные же исследования проводились с образцами коронавируса SARS-CoV-2, содержащими дополнительные участки ДНК. Пока манипулятор удерживал образец, он оставался зафиксированным и не представлял угрозы для клеток.
Для решения этой задачи была создана особая версия манипулятора, включающая флуоресцентный белок, который обеспечивает свечение при захвате целевого объекта. Это позволяет точно идентифицировать вирусы. Специалисты полагают, что NanoGripper также может быть полезен для адресной доставки лекарственных средств непосредственно в клетки.
Эти конструкции, в принципе, можно вводить непосредственно в организм. В отличие от свободной ДНК, которая быстро разрушается ферментами крови, структуры, созданные с помощью ДНК-оригами, обладают достаточной стабильностью. Кроме того, их можно сделать еще более устойчивыми, используя дополнительные химические связи или покрыв их тонкой полимерной оболочкой. Химики, по словам Син Вана, уже приступили к подобным испытаниям — пока на животных.