Hils på kaninen i nanostørrelse - skabt udelukkende af DNA-strenge. Den er udviklet ved hjælp af en metode, der forenkler den eksisterende designproces af de bittesmå strukturer.
Metoden bringer os et skridt nærmere målrettet medicin og andre medicinale anvendelsesmuligheder, der benytter lignende DNA-strukturer.
»Vi har udviklet en ny metode til at folde DNA-strenge, så de danner mere komplekse strukturer end tidligere,« forklarer Björn Högberg, som er lektor på Karolinska Institutet i Sverige og lederen af forskergruppen bag den nye afhandling.
»Vi bruger de samme principper som ved 3D-print, når vi designer DNA-strukturerne - og hvad der er allervigtigst - ved at udvikle eksempler i laboratoriet, har vi bevist, at strukturerne også fungerer i den virkelige verden,« siger Björn Högberg.
De komplekse strukturer er mindre end 50 nanometer brede og blev produceret som led i en ny undersøgelse udgivet i denne uge i tidsskriftet Nature.
Hvad er DNA-foldning?
DNA-foldning kaldes også DNA-origami og beskriver den process, der får DNA til at folde sig, så der dannes 2D- og 3D-strukturer.
Processen gør brug af to lange DNA-strenge, der folder sig om hinanden og danner en dobbelthelix, hvor hver af de 4 byggesten (A, T, C og G) er komplementære. Det vil sige, at A i den ene streng altid sidder overfor T i den modsatte streng. Det samme gælder for G og C.
Ved at sammenkæde mange korte DNA-strenge på bestemte steder af en lang DNA-streng kan forskerne hjælpe den lange DNA-streng til at folde sig på helt præcise punkter og danne 2D- og 3D-strukturer.
Ifølge Ebbe Andersen, adjunkt ved Interdisciplinary Nanoscience Center på Aarhus Universitet, har man kendt til DNA-origami i et stykke tid, men den nye metode, udviklet af Högberg og hans team, leverer en mere generel tilgang, der gør den tilgængelig for andre udenfor DNA-forskningen.
\ Fakta
Hvad er skræddersyet medicin? Betegnelsen 'målrettet medicin' ('targeteret medicin' på lægesprog) vinder stadig mere frem. Tidligere blev det ofte kaldt ‘personaliseret medicin’. Målrettet medicin betegner medicin, der er skræddersyet til en bestemt gruppe af patienter, som har en særlig genetisk profil eller andre sygdoms-tegn, som betyder, at de har særlig gavn af en bestemt type medicin.
Ebbe Andersen er ikke involveret i den nye forskning, men han studerer også DNA-foldningsteknikker. Han skabte den første 3D-origami-kasse ud af DNA i en afhandling udgivet i tidsskriftet Nature i 2009.
Medicinale anvendelsesmuligheder
Men forskningen er ikke bare sjov og mikroskopiske kaniner bygget af DNA. Den kan gøre en stor forskel i den virkelige verden.
Ebbe Andersen forventer, at forskere kan bruge den nye metode til at udvikle de mikroskopiske strukturer, der skal til for at udvikle målrettet medicin (se faktakboks) til eksempelvis kræftpatienter, da de nye strukturer fungerer bedre i kroppen end de tidligere forsøg.
»Tidligere var helixerne pakket så tæt sammen, at de kun fungerede i flydende opløsninger, der indeholdt en masse magnesium, som modvirker frastødningen mellem disse negativt ladede helixer. Men i det nye design er der mere plads mellem helixerne, så der er ikke brug for den ekstra magnesium. Det betyder, at den fungerer bedre i et biologisk miljø - for eksempel menneskekroppen - hvor magnesiumniveauet er lavere,« forklarer Ebbe Andersen.
Den nye designmetode hjælper også Högberg og hans team med at studere måden cellerne i kroppen kommunikerer og til at skabe strukturer til medicinsk behandling. Metoderne efterligner de processer, der hjælper menneskekroppen reparere sig selv, som for eksempel ved et snitsår.
»Cellerne i vores kroppe kommunikerer ved hjælp af overfladeproteiner, og de nærliggende celler har receptorer, som opfanger disse proteiner,« siger Högberg.
»Det kan sammelignes med brailleskrift for blinde, men i stedet for at læse punkterne, læser cellerne proteinklyngerne i nanoskalen på de nærliggende celler,« forklarer han.
»I øjeblikket er vi i gang med at udvikle vores egne kunstige klynger ved brug af ligende DNA-nanostrukturer præsenteret i denne forskning. Disse strukturer vil være en guide for den fremtidige forskning heriblandt udviklingen af den målrettede medicin muligvis indenfor de næste 5 til 10 år,« siger Högberg.
Oversat af Stephanie Lammers-Clark
DNA-origami har været kendt i snart 10 år, og lige siden har vi fokuseret på at perfektionere DNA-nanostrukturernes designprincipper
Ebbe Andersen, Aarhus Universitet
Forstørret model af DNA-nanostrukturen ‘Stanford kaninen’, skabt ved hjælp af nye designmetoder, der gennem brugen af komplekse DNA-nanostrukturer bringer os et skridt nærmere i udviklingen af målrettet medicin og andre medicinal anvendelsesmuligheder. (Foto: Erik Benson & Björn Högberg)
Sådan bygges 3D DNA-nano-kaninen Fra venstre mod højre: Tag et mangesidet trådnetsdesign. Derefter simuleres hvordan DNA-strengene lægges om strukturen så hvert hjørne kun krydses én gang. Så simuleres det endelige DNA-design, før man går i laboratoriet og bygger kaninen i praksis. Billedet er taget ved hjælp af et elektronmikroskop. Kaninen er lige under 50 nanometer bred. (Foto: Erik Benson og Björn Högsberg)
Forstørret model af ‘Stanford Kaninen’, som er en ofte brugt struktur i grafisk design, en bold og en helix. (Foto Erik Benson & Björn Högberg)
Opbyggelsen af en helix-form, som er omkring 50 nanometer lang. (Foto: Erik Benson & Björn Högberg)
