Alat DNA Kecil Mendeteksi Virus Lebih Cepat – dan Memblokir Infeksi
NanoGripper, robot nano berbasis DNA, dengan cepat mendeteksi dan memblokir virus, termasuk COVID 19dan dapat merevolusi diagnostik, pencegahan, dan terapi bertarget.
Sebuah “tangan” kecil dengan empat jari, dibuat dari sepotong kayu DNAdapat menangkap virus bertanggung jawab atas COVID-19, memungkinkan deteksi yang sangat sensitif dan cepat. Tangan ini bahkan dapat menghalangi partikel virus memasuki dan menginfeksi sel, menurut peneliti di University of Illinois Urbana-Champaign. Dinamakan NanoGripper, tangan robot nano ini juga dapat diprogram untuk berinteraksi dengan virus lain atau mengidentifikasi penanda permukaan sel, sehingga berpotensi memungkinkan pengiriman obat yang ditargetkan, seperti dalam pengobatan kanker.
Dipimpin oleh Xing Wang, seorang profesor bioteknologi dan kimia di Universitas I., para peneliti menggambarkan kemajuan mereka dalam jurnal Robotika Sains.
Terinspirasi oleh kekuatan cengkeraman tangan manusia dan cakar burung, para peneliti merancang NanoGripper dengan empat jari dan telapak tangan yang dapat ditekuk, semuanya dalam satu struktur nano yang dilipat dari sepotong DNA. Setiap jari memiliki tiga sendi, seperti jari manusia, dan sudut serta derajat pembengkokan ditentukan oleh desain pada perancah DNA.
“Kami ingin membuat bahan yang lembut, skala nano robot dengan fungsi meraih yang belum pernah terlihat sebelumnya, untuk berinteraksi dengan sel, virus, dan molekul lain untuk aplikasi biomedis,” kata Wang. “Kami menggunakan DNA untuk sifat strukturalnya. Ini kuat, fleksibel, dan dapat diprogram. Bahkan dalam bidang origami DNA, prinsip desainnya masih baru. Kami melipat satu untai DNA yang panjang maju mundur untuk membuat semua elemen, baik yang statis maupun yang bergerak, dalam satu langkah.”
Aplikasi dalam Deteksi Virus
Jari-jari mengandung daerah yang disebut DNA aptamers yang diprogram khusus untuk mengikat target molekuler – protein lonjakan virus yang menyebabkan COVID-19, untuk penggunaan pertama ini – dan memicu jari-jari menekuk untuk membungkus target. Di sisi berlawanan, di mana pergelangan tangan berada, NanoGripper dapat menempel pada permukaan atau kompleks lain yang lebih besar untuk aplikasi biomedis seperti penginderaan atau pemberian obat.
Untuk membuat sensor guna mendeteksi virus COVID-19, tim Wang bermitra dengan kelompok yang dipimpin oleh profesor teknik elektro dan komputer Illinois, Brian Cunningham, yang berspesialisasi dalam biosensing. Mereka memasangkan NanoGripper dengan platform sensor kristal fotonik untuk menciptakan tes COVID-19 cepat selama 30 menit yang sesuai dengan sensitivitas tes molekuler qPCR standar emas yang digunakan oleh rumah sakit, yang lebih akurat daripada tes di rumah tetapi membutuhkan waktu lebih lama. .
“Tes kami sangat cepat dan sederhana karena kami mendeteksi virus secara langsung,” kata Cunningham. “Saat virus dipegang di tangan NanoGripper, molekul fluoresen terpicu untuk melepaskan cahaya saat disinari oleh LED atau laser. Ketika sejumlah besar molekul fluoresen terkonsentrasi pada satu virus, sistem deteksi kami menjadi cukup terang untuk menghitung setiap virus satu per satu.”
Pengobatan Pencegahan dan Terapi Potensial
Selain diagnostik, NanoGripper dapat diterapkan dalam pengobatan pencegahan dengan memblokir virus memasuki dan menginfeksi sel, kata Wang. Para peneliti menemukan bahwa ketika NanoGripper ditambahkan ke kultur sel yang kemudian terpapar COVID-19, beberapa gripper akan membungkus bagian luar virus. Ini memblokir protein lonjakan virus agar tidak berinteraksi dengan reseptor di permukaan sel, sehingga mencegah infeksi.
“Akan sangat sulit menerapkannya setelah seseorang terinfeksi, namun ada cara kita dapat menggunakannya sebagai terapi pencegahan,” kata Wang. “Kita bisa membuat senyawa semprotan hidung anti virus. Hidung adalah pusat penyebaran virus pernapasan, seperti COVID atau influenza. Semprotan hidung dengan NanoGripper dapat mencegah virus yang dihirup berinteraksi dengan sel-sel di hidung.”
NanoGripper dapat dengan mudah direkayasa untuk menargetkan virus lain, seperti influenza, HIV, atau hepatitis B, kata Wang. Selain itu, Wang membayangkan penggunaan NaoGripper untuk pemberian obat yang ditargetkan. Misalnya, jari dapat diprogram untuk mengidentifikasi penanda kanker tertentu, dan gripper dapat membawa pengobatan pelawan kanker langsung ke sel target.
“Pendekatan ini memiliki potensi lebih besar dibandingkan beberapa contoh yang kami tunjukkan dalam penelitian ini,” kata Wang. “Ada beberapa penyesuaian yang harus kami lakukan pada struktur 3D, stabilitas, dan penargetan aptamers atau nanobodi, namun kami telah mengembangkan beberapa teknik untuk melakukan hal ini di laboratorium. Tentu saja, hal ini memerlukan banyak pengujian, namun potensi aplikasi untuk pengobatan kanker dan sensitivitas yang dicapai untuk aplikasi diagnostik menunjukkan kekuatan robot nano yang lembut.”
Referensi: “Perancang DNA NanoGripper yang terinspirasi secara biologis untuk penginderaan virus dan potensi penghambatannya” oleh Lifeng Zhou, Yanyu Xiong, Abhisek Dwivedy, Mengxi Zheng, Laura Cooper, Skye Shepherd, Tingjie Song, Wei Hong, Linh TP Le, Xin Chen, Saurabh Umrao, Lijun Rong, Tong Wang, Brian T. Cunningham dan Xing Wang, 27 November 2024, Robotika Sains.
DOI: 10.1126/scirobotics.adi2084
Itu Institut Kesehatan Nasional dan National Science Foundation mendukung pekerjaan ini. Wang dan Cunningham berafiliasi dengan Institut Biologi Genomik Carl R. Woese dan Lab Mikro dan Nanoteknologi Holonyak di Universitas I.
