Nanorobotska šaka napravljena od DNK hvata viruse za dijagnostiku i blokira ulaz u ćelije

Malena „šala“ sa četiri prsta oblikovana od jednog jedinog komada DNK može da uhvati virus koji izaziva kovid-19 radi vrlo osetljive rapidne detekcije i može čak da spreči virusne čestice da uđu u ćelije kako bi ih inficirale.

Ta nanorobotska šaka, nazvana „nanohvatač“, takođe može biti programirana da reaguje sa drugim virusima ili da prepozna markere na ćelijskoj površini radi ciljane primene leka, kao u slučaju tretmana kancera.

Preporučujemo

Inspirisani sposobnošću ljudske ruke i ptičjih kandži da snažno hvataju, istraživači sa Univerziteta Ilinois u Urbana-Šampejnu dizajnirali su nanohvatač sa četiri savitljiva prsta i dlanom, u okviru jedne nanostrukture prizvedene od jednog komada DNK. Svaki prst ima tri zgloba, kao kod čoveka, a ugao i stepen savijanja su određeni dizajnom na DNK strukturi.

„Želeli smo da napravimo nanorobota od mekanog materijala sa dosad neviđenim funkcijama hvatanja, radi interakcije sa ćelijama, virusima i drugim molekulima za biomedicinske primene. Koristimo DNK zbog stukturalnih svojstava – jaka, fleksibilna i programabilna. Čak i na polju DNK origamija, princip dizajna je nov. Savijamo jednu dugačku nit DNK kako bismo napravili sve elemente, i statične i pokretne delove, u jednom koraku“, kažu istraživači.

Prsti sadrže oblasti zvane DNK aptameri koji su specijalno programirani da se vežu za molekularne mete – peplomer protein virusa koji izaziva kovid, u slučaju ove prve primene – i pokreću savijanje prstiju radi obuhvatanja mete. Na suprotnoj strani, gde bi bio ručni zglob, nanohvatač može da se prikači za neku površinu ili drugi veći kompleks radi biomedicinskih primena poput opažanja ili primene lekova.

U cilju stvaranja senzora za detekciju virusa kovida-19, nanohvatač je spojen sa fotonskom kristalnom senzorskom platformom radi stvaranja brzog 30-minutnog testa za kovid jednake osetljivosti kao standardni molekularni qPCR testovi koji se koriste u bolnicama, a koji su tačniji od kućnih testova, ali zahtevaju mnogo više vremena.

„Naš test je vrlo brz i jednostavan pošto detektujemo čitav virus direktno. Kad se virus nalazio u šaci nanohvatača, fluorescentni molekul je aktiviran da emituje svetlost kad je osvetljen svetlećom diodom ili laserom. Kad je veliki broj fluorescentnih molekula koncentrisan na jedan virus, on postane dovoljno sjajan u našem sistemu detekcije da se registruje svaki virus individualno“, kažu istraživači.

Osim dijagnostike, nanohvatač se može primenjivati u preventivnoj medicini sprečavajući viruse da uđu i inficiraju ćelije. Kad su bili dodati u ćelijske kulture izložene kovidu, multipli nanohvatači bi se omotali oko virusa To je blokiralo interakciju virusnih proteina sa receptorima na površini ćelija, sprečavajući infekciju.

Bilo bi veoma teško za primenu nakon što je osoba inficirana, ali se može upotrebiti kao preventivni tretman. Mogli bismo napraviti antivirusni nazalni sprej. Nos je žarište respiratornih virusa, poput kovida ili gripa. Nazalni sprej sa nanaohvatačem mogao bi sprečiti interakciju udahnutih virusa sa ćelijama u nosu, kažu istraživači.

Nanohvatač bi lako mogao biti programiran da cilja druge viruse, kao što su grip, HIV ili hepatitis B. Osim toga, mogao bi se koristiti za ciljanu dotavu lekova. Na primer, prsti se mogu programirati da identifikuju određene markere kancera i hvataljke mogu dostaviti tretman protiv kancera direktno do ciljanih ćelija.

„Ovaj pristup ime veći potencijal od nekoliko primera koje smo demonstrirali. Postoje neka prilagođavanja koja bismo morali da napravimo u pogledu 3D strukture, stabilnosti i aptamera ili nanotela, ali smo razvili nekoliko tehnika da to uradimo u laboratoriji. Naravno, bilo bi potrebno mnogo testiranja, ali potencijalne primene u cilju tretmana raka i dijagnostičke senzitivnosti pokazuju moć mekane nanorobotike“, kažu istraživači.

(Telegraf Nauka/Science Daily)