Vouwen en Karakterisatie van een Bio-responsieve Robot van DNA Origami

De toepassingen voor nucleïnezuren nanotechnologie zijn verbazingwekkend. De volgzaamheid van de Watson-Crick baseparing en het gemak en de relatief lage kosten van grootschalige synthese van op maat gemaakte oligo ² een explosie toepassingen ³ en onderzoek op het gebied van DNA nanotechnologie gegenereerd. Structurele DNA nanotechnologie, gebaseerd op de immobiele Seeman knooppunt ^4,5 als hoeksteen maakt gebruik van DNA als een zelfassemblerende elementaire eenheid voor de constructie van willekeurige vormen ^6-8.

De recente ontwikkeling van de steigers DNA Origami ^9-techniek maakt de constructie van complexe 2D / 3D nano-architecturen ^10-12 met sub-nanometer precisie en een efficiënte route voor het bouwen van nieuwe functionele objecten met toenemende complexiteit en verbazingwekkende diversiteit. De constructie is gebaseerd op een lange scaffold enkelstrengs DNA, gewoonlijk afgeleid van een viraal genoome, die kunnen worden gevouwen door de hybridisatie van honderden korte enkelstrengs DNA-oligo genoemd nietjes. De hoge structurele resolutie verkregen met deze techniek is het directe gevolg van de natuurlijke omvang van de DNA dubbele helix, terwijl de reproduceerbaarheid van fabricage is het resultaat van afstemming van de korte enkelstrengs sequenties nietje de maximum waterstofbinding complementariteit haalbaar vergemakkelijken. Met het gebruik van een langzame temperatuur annealing de helling gemaakt laagste energie thermodynamisch voorkeur nanostructuur in hoge opbrengsten en betrouwbaarheid wordt bereikt. De eenvoudige implementatie van ontwerpregels knooppunt in een computercode kon de ontwikkeling van CAD-hulpmiddelen, zoals caDNAno ^13, dat zeer de taak van het ontwerpen van grote, complexe structuren met honderden verbonden knooppunten vereenvoudigen.

Eerder beschreven we het ontwerp van een DNA nanorobot met behulp van het gereedschap caDNAno ^14,15. Hier tonen we de fabricage envisualisatie via transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) van de nanorobot een 3D holle zeshoekige nanodevice, met afmetingen van 35 x 35 x 50 nm ^3, die een belangrijke conformationele verandering in reactie ondergaan een voorafbepaalde stimuli en dit specifieke lading, zoals eiwitten of nucleïnezuur oligo, afgezonderd binnen. Terwijl 12 laadstations zijn beschikbaar in de holle chassis, het werkelijke aantal gebonden lading verschilt met lading grootte. Lading moleculen variëren van kleine DNA-moleculen enzymen, antilichamen en 5-10 nm goud nanodeeltjes. Cargocan ofwel uniform of heterogeen, zodat elke nanorobot bevat een mengsel van verschillende moleculen. Sensing wordt bereikt via twee dubbele helix vergrendeling poorten ontwerp tot eiwitten, nucleïnezuren of andere chemische stoffen te voelen, hetzij op basis van aptasensor ^16,17 of DNA-streng verplaatsing ¹⁸ technologieën. Recente ontwikkelingen in aptameer selectie protocollen ^19-21 staat het ontwerp van nanorobots reagereneen steeds groeiend aantal moleculen en celtypen.

Eerder werk toonde een nanorobot met een specifiek antilichaam, die bij kan binden aan het antigeen ervan relais ofwel een remmend of een vruchtbare signaal naar de binnenkant van specifieke celtypen in een gemengde celpopulatie ^15. Een interessante eigenschap van deze nanodevices is hun vermogen om nog meer complexe taken en logische regeling uitvoeren met de introductie van verschillende nanorobot subtypes in één populatie. Onlangs toonden we specifieke subtypen van nanorobots uitvoeren als positief of negatief regelen, besturen van een effector populatie die een actief molecuul cargo ^22.

De hier gepresenteerde protocol beschrijft de vervaardiging, zuivering en beeldvorming van een nanorobot omheind met sensor aptameer sequenties die selectief PDGF binden aan de opening van de nanorobot ^15,22 vergemakkelijken. Het fabricageproces beschreven is vergelijkbaar met de nanorobot fabricageproces aanvankelijk afgebeeld door Douglas et al. ¹⁵ met de veranderingen die gericht zijn op vermindering van de totale duur proces, terwijl het verhogen van de opbrengst en zuivering tarieven.