Нанотехнологии
Википедия
Нанотехнологии
Нанотехнология представляет собой междисциплинарную область прикладной и фундаментальной науки и техники, которая имеет дело с совокупностью теоретическог... читать далее »
Новости Нанотехнологий
10.09.2013 16:40
Гелевые «кирпичики» с клетками сами собираются в «дома» - с помощью ДНК-клея. Нанотехнологии.
Группа исследователей из Виссовского института вдохновленной биологией техники при Гарвардском университете разработала самособирающиеся сложные структуры из гелевых «кирпичиков», размером меньше песчинки.
Новый метод поможет решить одну из труднейших задач тканевой инженерии: создать впрыскиваемые вещества, которые на месте ранения (или иного повреждения тканей) самостоятельно соберутся в сложные по структуре, биосовместимые клеточные каркасы (поддерживающие структуры для роста тканей).
Гелевые «кирпичики» с клетками сами собираются в «дома» - с помощью ДНК-клея«Ключом» к самосборке стал первый в мире программируемый клей. Он сделан из ДНК и приказывает гелевым «кирпичикам», как им прикрепляться друг к другу. Этот новаторский метод работает на гелевых кубиках диаметром от 30 микрон (пылинка) до 1 миллиметра (песчинка).
Программируемый ДНК-клей может использоваться и с другими материалами для создания небольших самособирающихся устройств: линз, перестраиваемых микросхем, хирургического кля, который будет скреплять только нужные ткани, рассказывает Али Хадемхоссейни (Ali Khademhosseini), соавтор исследования.
Для изготовления устройства из комплектующих частей, производители обычно берут кусок материала и обрабатывают его, пока он не приобретет нужные свойства – и потом все полученные таким образом детали собирают в требуемую конструкцию. Так происходит в автомобильной промышленности, например. Живые организмы создают свои ткани сходным образом: различные типы клеток собираются в структурные элементы, выполняющие определенную функцию ткани. В печени это дольки, в мышечной ткани – мышечные волокна, и т.п. Гарвардские ученые решили подражать этой «производственной стратегии».
В прошлом году Пэн Инь (Peng Yin) и его группа разработали крошечные ДНК-кирпичики, меньше мельчайших вирусов, способные самособираться в сложные трехмерные наноструктуры. Но Инь и Хадемхоссейни захотели разработать аналогичную систему средних масштабов – с элементами 30-1000 микрон в диаметре. Сначала ученые попытались строить самособирающиеся системы из «кирпичиков» биосовместимого, биоразлагаемого гидрогеля. Такие «кирпичики» с клетками внутри можно ввести в организм путем инъекции, а потом в нужном месте «кирпичики» соберутся в заданную форму и постепенно растворятся – а клетки срастутся друг с другом.
Но «кирпичики» сначала просто приклеивались друг к другу, вместо того, чтобы выстраиваться в требуемые конструкции. Иню и Хадемхоссейни нужно было придумать, как помочь каждому элементу приклеиваться только к нужным партнерам, и больше ни к кому. Иными словами, им был нужен программируемый клей.
ДНК идеально подошла для этой задачи. ДНК хранит генетическую информацию в виде последовательности четырех химических «букв» - нуклеотидов – связывающихся только с комплементарными нуклеотидами [точнее, с азотистыми основаниями нуклеотидов] (аденин A – с тимином Т, цитозин C – с гуанином G). Нить ДНК крепко приклеивается к другой нити, но только если последовательность нуклеотидов на ней «подходит» первой. Даже короткий фрагмент ДНК может обладать огромным количеством возможных последовательностей – что и делает клей программируемым.
С помощью ферментов исследователи увеличили фрагмент ДНК до длинных нитей, т.н. «гигантской ДНК» с множеством копий фрагмента. Если покрыть кубики из гидрогеля гигантской ДНК, то они соединяются только с нужными партнерами (то есть, если «шифр» совпадает). Так как ученые могут синтезировать ДНК с любой последовательностью нуклеотидов, гигантская ДНК выступает в роли программируемого ДНК-клея.
Для сборки кубиков в крупные структуры, ученые использовали часть их в качестве соединителей: «обмазали» ДНК-клеем кубик-соединитель и прикрепили его к одной из шести граней крупного кубика. Теперь большие кубики соединяются только с теми, чьи соединители покрыты ДНК-клеем с подходящей последовательностью.
Так ученые запрограммировали кубики на сборку в различные формы – пары, цепь, квадрат, Т-образную структуру.
Метод оказался настолько точным, что, когда 25 кубиков поместили в одну ёмкость, все они нашли и присоединились только к «правильным» партнерам. Уровень мультиплексивности (способности собирать множество деталей одновременно) у новой системы выше, чем у всех существующих на данный момент самособирающихся систем среднего уровня.
Источник