Forskere folder dna til små medicinbokse

 

3D-billede af nanoboksene, der kan revolutionere medicinsk behandling af mange sygdomme(Foto: Center for DNA-Nanoteknologi)

Det er egentlig simpelt nok. Du vælger selv design, størrelse og lås. Så ringer du til dit lokale syntesefirma og bestiller de nødvendige DNA-stykker. Bland dem så i et reagensglas. Varm op til 95 grader, og lad blandingen køle langsomt ned.

»Ud kommer millarder af små dna-kasser. De er designet med låg, der kan låses og først åbner sig som reaktion på helt specifikke signaler,« forklarer Ebbe Sloth Andersen, der er post. doc i Jørgen Kjems's laboratorium ved grundforskningscentret Center for DNA-Nanoteknologi på Aarhus Universitet.

Lukket og låst

Sammen med sin kollega Morten Muhlig Nielsen har han udviklet et computerprogram, som kan anvendes til at folde DNA i vilkårlige nanostrukturer og de har sammen med forskere fra Interdisciplinært Nanoscience Center (iNANO) eftervist, at strukturerne dannes korrekt. Deres resultater bringes i dag i tidsskriftet Nature og er ifølge dem selv den mest komplekse menneskeskabte struktur, der samler sig selv blot ved at blande bestanddelene.

Det mest epokegørende ved opdagelsen er dog formentlig, at man kan placere ekstra elementer på eller i kassen, hvor man har lyst. De århusianske forskere har på en af kasserne sat to låse på låget og en indikator, der skifter farve fra rødt til grønt, men først når dna-boksen åbnes med begge nøgler.

»Perspektiverne ved opdagelserne er enorme, for de små kasser kan potentielt både virke som en sensor til at afsløre tilstedeværelse af infektioner eller kræftknuder, men på sigt håber vi at kunne putte medicin ned i kassen, som først frigives, når de rigtige indikatorer på sygdommen er til stede,« forklarer Ebbe Sloth Andersen.

Dna-origami

Teknikken til at folde dna er opkaldt efter origami - den antikke japanske papirfoldekunst, hvor man med et enkelt stykke papir skal folder komplicerede uden brug af lim eller ved at skære i papiret.

Mekanismen for åbning af dna-kassen. (a) Lukket dna-kasse med orange og blå dna- låse. (b) Åben boks hvor dna-nøgler har åbnet dna-låsene. Rød og grøn stjerne illustrerer detektionssystemet. (Tegning: Center for DNA-Nanoteknologi)

»Vi folder een lang dna-streng, som er hentet fra den såkaldte M13-virus. Derudover konstruerer vi hundredvis af korte DNA-stykker, der hver især er konstrueret til at binde sig til et helt specifikt sted på virus-dna'et, så det folder til den form, vi ønsker,« forklarer Ebbe Sloth Andersen.

Dna-origami blev første gang præsenteret i 2006, hvor forskeren Paul Rothemund fra California Institute of Technology i USA viste, at det kunne lade sig gøre at folde komplicerede todimensionelle nanostrukturer. Blandt andet foldede han verdens mindste landkort med målestoksforholdet 1 til 200.000 milliarder.

»Vi tager teknikken et skridt videre, og viser at det faktisk kan lade sig gøre at bygge tredimensionelle strukturer. Vi har udviklet et computerprogram, der gør det meget hurtigere at designe dna-strukturer. Hvor det hidtil tog uger at regne strukturerne ud manuelt, kan vi gøre det på få sekunder,« fortæller Ebbe Sloth Andersen.

Fremtidens medicin

CDNA og iNANO har igangsat en hel række forskningsprojekter, hvor metoden skal bruges til at folde nanostrukturer, som kan anvendes inden for så forskellige områder som diagnostik og elektronik.

LAV DIN EGEN DNA-BOKS

Opskrift: 1) Design hvordan du gerne vil have din DNA-kasse skal se ud (http://www.cdna.dk/origami) 2) Bestil de nødvendige DNA-strenge hos et lokalt DNA-syntese-firma 3) Bland dit virus-DNA med de små DNA-strenge i et reagensglas 4) Varm dem op til 95 grader og køl langsomt ned 5) Test dine 100 milliarder DNA-kasser ved hjælp af atomar kraft mikroskopi (AFM) eller elektronmikroskopi

»Der har også været stor interesse fra computerverdenen, hvor ideen er at bruge dna-strukturerne som en slags 'stillads'. Ved at hæfte unikke dna-sekvenser på forskellige elektroniske nano-komponenter kan man få dem til at samle sig præcist på dna-strukturen. Tilsidst kan man evt. fjerne dna-stilladset,« forklarer Ebbe Sloth Andersen.

I første omgang skal den nye DNA-boks dog testes i blod og celler for at undersøge, om den er stabil nok til at transportere medicin sikkert i den menneskelige krop. Og så skal kasserne specialdesignes, så medicinen kun frigives når helt bestemte genetisk eller molekylære nøgler er til stede til at åbne kasserne.

»Vi er meget optimistiske, for vi har på centret også særlige kompetencer, der sætter os i stand til at pakke den slags molekyler i særlige sukkerstoffer, der gør at immunsystemet ikke nedbryder eller frastøder de små nanokasser,« slutter Ebbe Sloth Andersen.

Links
Nature artiklen  Center for DNA-Nanoteknologi  Nucleic Acid Function and Technology Group  DNA-designer-software Læs også på videnskab.dk: Styrer magneternes dans  Nanoteknologi i praksis  Nanoteknologi giver os syngende slips