روشی برای تولید نانو حفره از DNA

نتایج این تحقیق که توسط مرکز تحقیقات علوم زیست‌فناوری و زیست‌شناسی حمایت مالی شده نشان می‌دهد که DNA چگونه می‌تواند برای ساخت حفره‌های مقاوم و قابل پیش‌بینی که دارای شکل و بار معینی برای کنترل مولکول‌های عبور‌کننده از حفره‌ها هستند، استفاده شود.
هوورکا از دانشکده شیمی UCL می‌گوید:«حفره‌های زیستی طبیعی ساخته شده از پروتئین‌ها برای انتقال محموله‌ها به درون و خارج سلول‌های زیستی بسیار ضروری هستند، اما طراحی و ساخت آن‌ها از نشاسته سخت و مشکل است. DNA نویدبخش یک مسیر راهبردی جدید برای ساخت حفره‌های سنتزی بسیار ویژه است که بسته به نیاز می‌توانند باز و بسته شوند. با ساخت این حفره‌ها درون محموله‌های دارویی، ما انتظار داریم که دارورسانی هدفمند بسیار دقیق‌تر از گذشته انجام شود.»
بسیاری از روش‌های درمانی شامل داروهای ضدسرطان در قالب محموله‌های کوچک که وزیکول نامیده می‌شوند و با استفاده از نشانگرهای زیستی نسبت به بافت‌های مختلف هدفمند شده‌اند، در بدن پخش می‌شوند. قبلاً رهاسازی داروها از درون وزیکول‌ها از طریق تحریک دمایی وزیکول یا از طریق تزریق کانال‌‌های پپتیدی انجام می‌شد که در مقایسه با DNA کم‌اثرتر و کم کارامدتر هستند.
با استفاده از واحدهای ساختمانی DNA، این گروه تحقیقاتی موفق به طراحی حفراتی با ساختار و خصوصیات از پیش مشخص شدند که به طور دقیق درون دیواره‌ها ( یا غشاهای) وزیکول‌ها قرار می‌گیرند.
جاناتان بورن، نویسنده اول مقاله، می‌گوید: «این حفره‌های سنتز شده، شکل یک بشکه باز ساخته شده از شش نردبان DNA را به خود می‌گیرند. یکی از دو ورودی این دروازه مولکولی مسدود است ولی هنگامی که با یک مولکول ویژه اتصال برقرار می‌کند، کانال باز می‌شود.»
محققان با استفاده از روش‌های الکتروفیزیولوژیکی، مشخص کردند که حفره به صورت عمودی بر روی سطح غشا قرار می‌گیرد. این حفره‌های پایدار دارای پهنای دو نانومتری هستند که تقریباً برای عبور مولکول‌های دارویی کوچک مناسب است.
در ادامه مکانیسم‌های قفل کردن و بازکردن دروازه با روش‌های الکتروفیزیولوژی و فلوروفورس ( که دارای اندازه معادل با مولکول‌های کوچک هستند) بررسی شدند. از آنجایی که حفره DNA دارای بار منفی است، فلوروفورس‌های با بار منفی در مقایسه با فلوروفورس‌های با بار مثبت راحت‌تر از کانال عبور می‌کنند و بنابراین برای عبور محموله‌ها دارای انتخاب‌پذیری می‌باشند. با بازکردن مسیر توسط یک کلید ویژه، ترافیک عبور به میزان ۱۴۰ برابر در مقایسه با حالت قفل افزایش می‌یابد.
سیفرت، نویسنده دیگر مقاله، که در مرکز فناوری‌های ملی کار می‌کند می‌گوید: « ما قادر به آنالیز عملکرد هر کدام از حفره‌ها که ایجاد کرده‌ایم، هستیم. در ابتدا حفره‌ها را وارد غشا کردیم و در ادامه پاسخ زیست‌فیزیکی هر کدام از کانال‌ها را با استفاده از میکروتراشه‌های پیشرفته بررسی کردیم. ما نه‌تنها موفق به طراحی حفره‌های ویژه شدیم، بلکه همچنین یک روش خودکار برای بررسی in situ خصوصیات آن‌ها معرفی کردیم که برای استفاده انتقال هدفمند دارو در آینده بسیار مهم هستند.»
این پژوهشگران قصد دارند تا این حفره‌های سنتزی را برای سناریوهای مختلف بررسی کنند که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱٫ آزادسازی داروهای سرطانی برای سلول‌ها ۲٫ طراحی حفره‌هایی که زیست‌مولکول‌های فعال دارویی را رهاسازی می‌کنند.
هوورکا می‌افزاید:« روش ما یک گام بزرگ در جهت ساخت و استفاده از ساختارهای بیولوژی است و نوید بخش یک دوران جدید در طراحی حفره و سنتز زیستی است. چنین کنترل دقیقی بر روی رفتار حفره، هم در بعد انتخاب‌پذیری و هم در بعد پاسخ‌دهی باعث شده است تا این روش کاربردهای بسیار متنوعی از انتقال دارو گرفته تا حسگرهای نانومقیاس داشته باشد.»

نتایج این تحقیق که در مجله Nature Nanotechnology چاپ شده است.