DNA Nanorobots membuka batas baru dalam pengiriman obat yang ditargetkan
Ilmuwan berkembang DNA Nanorobot yang mampu memodifikasi sel buatan.
Para ilmuwan di University of Stuttgart telah berhasil menggunakan “DNA origami” untuk mengendalikan struktur dan fungsi membran biologis. Sistem inovatif ini dapat memungkinkan pengiriman molekul terapeutik besar yang efisien ke dalam sel, membuka jalan untuk pengiriman obat yang lebih tepat dan intervensi terapeutik canggih. Terobosan ini menambahkan alat yang ampuh ke bidang biologi sintetis. Penelitian, yang dipimpin oleh Prof. Laura Na Liu, diterbitkan di Nature Materials.
Bentuk dan struktur sel sangat penting untuk fungsi biologisnya, yang mencerminkan prinsip desain “bentuk berikut fungsi,” yang biasa terlihat dalam desain dan arsitektur modern. Menerapkan konsep ini pada sel -sel buatan menghadirkan tantangan yang signifikan dalam biologi sintetis. Namun, kemajuan terbaru dalam nanoteknologi DNA menawarkan solusi yang menjanjikan dengan memungkinkan desain saluran transportasi baru yang cukup besar untuk membawa protein terapeutik melintasi membran sel.
Di bidang yang muncul ini, para ilmuwan seperti Prof. Laura Na Liu, Direktur 2nd Fisika Institut di University of Stuttgart dan Fellow di Max Planck Institute for Solid State Research (MPI-FKF), telah mengembangkan alat inovatif untuk mengendalikan bentuk dan permeabilitas membran lipid dalam sel sintetis. Membran ini terdiri dari bilayer lipid yang melampirkan kompartemen berair dan berfungsi sebagai model yang disederhanakan dari membran biologis. Mereka berguna untuk mempelajari dinamika membran, interaksi protein, dan perilaku lipid.
Tonggak sejarah dalam penerapan nanoteknologi DNA
Alat baru ini dapat membuka jalan bagi pembuatan sel sintetis fungsional. Karya ilmiah Laura na Liu bertujuan untuk secara signifikan mempengaruhi penelitian dan pengembangan terapi baru. Liu dan timnya telah berhasil menggunakan nanorobot DNA yang bergantung pada sinyal untuk memungkinkan interaksi yang dapat diprogram dengan sel sintetis.
“Pekerjaan ini merupakan tonggak dalam penerapan nanoteknologi DNA untuk mengatur perilaku sel,” kata Liu. Tim ini bekerja dengan vesikel unilamellar raksasa (GUV), yang merupakan struktur sederhana berukuran sel yang meniru sel hidup. Menggunakan nanorobot DNA, para peneliti dapat mempengaruhi bentuk dan fungsionalitas sel sintetis ini.
Saluran transportasi baru untuk protein dan enzim
Nanoteknologi DNA adalah salah satu bidang penelitian utama Laura Na Liu. Dia adalah seorang ahli dalam struktur origami DNA-untaian DNA yang dilipat dengan menggunakan sekuens DNA yang lebih pendek yang dirancang khusus, yang disebut staples. Tim Liu menggunakan struktur origami DNA sebagai nanorobot yang dapat dikonfigurasi ulang yang dapat mengubah bentuknya secara terbalik dan dengan demikian mempengaruhi lingkungan langsung mereka dalam kisaran mikrometer.
Para peneliti menemukan bahwa transformasi nanorobot DNA ini dapat digabungkan dengan deformasi GUV dan pembentukan saluran sintetis dalam model membran GUV. Saluran -saluran ini memungkinkan molekul besar untuk melewati membran dan dapat disegel kembali jika perlu.
Struktur DNA buatan sepenuhnya untuk lingkungan biologis
“Ini berarti bahwa kita dapat menggunakan DNA nanorobots untuk merancang bentuk dan konfigurasi GUV untuk memungkinkan pembentukan saluran transportasi di membran,” kata Prof. Stephan Nussberger, yang merupakan penulis bersama dari pekerjaan ini. “Sangat menarik bahwa mekanisme fungsional nanorobot DNA pada GUV tidak memiliki setara biologis langsung dalam sel hidup,” tambah Nussberger.
Karya baru ini menimbulkan pertanyaan baru: dapatkah platform sintetis – seperti DNA nanorobots – dirancang dengan lebih sedikit kompleksitas daripada rekan biologis mereka, yang akan berfungsi dalam lingkungan biologis?
Memahami mekanisme penyakit dan meningkatkan terapi
Studi baru ini merupakan langkah penting ke arah ini. Sistem saluran silang-membran, yang dibuat oleh DNA nanorobots, memungkinkan bagian yang efisien dari molekul dan zat tertentu ke dalam sel. Yang terpenting, saluran ini besar dan dapat diprogram untuk ditutup saat dibutuhkan. Ketika diterapkan pada sel hidup, sistem ini dapat memfasilitasi transportasi protein terapeutik atau enzim ke target mereka dalam sel. Dengan demikian menawarkan kemungkinan baru untuk pemberian obat dan intervensi terapi lainnya.
“Pendekatan kami membuka kemungkinan baru untuk meniru perilaku sel hidup. Kemajuan ini bisa sangat penting untuk strategi terapeutik di masa depan, ”kata Prof. Hao Yan, salah satu penulis bersama dari pekerjaan ini.
Referensi: “Renovasi morfologi dan pembentukan saluran membran dalam sel sintetis melalui nanoraft DNA yang dapat dikonfigurasi ulang” oleh Sisi Fan, Shuo Wang, Longjiang Ding, Thomas Speck, Hao Yan, Stephan Nussberger dan Na Liu, 13 Januari 2025, Bahan Alam.
Doi: 10.1038/s41563-024-02075-9
