代爾夫特理工大學(xué)和馬克斯普朗克研究所的科學(xué)家們用DNA制成了一種結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)的新型“機(jī)械”孔，這種孔可以通過(guò)細(xì)胞膜運(yùn)輸分子。這些創(chuàng)新的納米孔可以根據(jù)需要打開(kāi)和關(guān)閉，并且首次可以調(diào)節(jié)其直徑。

這為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了新的可能性，包括大分子的控制和尺寸選擇遞送。研究結(jié)果發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。

Sabina Caneva研究小組的博士后、該論文的第一作者之一Ze Yu解釋說(shuō)，DNA折紙納米孔被廣泛應(yīng)用于生物物理學(xué)和生物技術(shù)中，用于分析蛋白質(zhì)的形狀和組成。然而，傳統(tǒng)的孔隙對(duì)于治療藥物等大分子來(lái)說(shuō)過(guò)于狹窄，并且孔隙不斷打開(kāi)，這對(duì)于靶向藥物遞送并不理想。

結(jié)構(gòu)適應(yīng)性孔隙

Caneva和她的團(tuán)隊(duì)與Max Plack生物化學(xué)研究所的Heuer-Jungmann實(shí)驗(yàn)室合作，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了30納米的納米孔(MechanoPores)，而不是通常的4-5納米。

“DNA是小規(guī)模建筑的理想材料，”Yu說(shuō)。“我們利用互補(bǔ)堿基對(duì)之間的氫鍵來(lái)創(chuàng)造DNA鏈所需的結(jié)構(gòu)?！蓖ㄟ^(guò)這種方法，DNA折紙納米技術(shù)可以用來(lái)構(gòu)建精確的、預(yù)先編程的2D和3D形狀。

最大的挑戰(zhàn)是使毛孔按需打開(kāi)和關(guān)閉。Caneva的團(tuán)隊(duì)利用單鏈DNA的柔韌性實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，本質(zhì)上類似于一種順應(yīng)機(jī)制。在孔內(nèi)，兩側(cè)有一個(gè)柔韌的單鏈DNA分子。

當(dāng)一個(gè)互補(bǔ)的DNA鏈被加入時(shí)，一個(gè)更硬的雙鏈DNA分子形成，推動(dòng)孔打開(kāi)，允許更大的生物分子通過(guò)。為了關(guān)閉孔，加入與孔外部DNA分子互補(bǔ)的單鏈DNA分子，迫使孔關(guān)閉。

大小可調(diào)諧性

Yu說(shuō)，這是第一個(gè)可以可逆地采用三種不同直徑的納米孔，因此可以根據(jù)大小選擇分子。

研究表明，膜上的孔也可以被有效地激活，這是科學(xué)家們以前沒(méi)有做到的。這需要一種生化技巧來(lái)誘導(dǎo)MechanoPore穿過(guò)生物膜，并通過(guò)通過(guò)孔的分子流動(dòng)的熒光成像得到證實(shí)。

機(jī)械工程學(xué)院的助理教授Sabina Caneva說(shuō):“我們的工作是朝著更先進(jìn)的動(dòng)態(tài)納米器件邁出的重要一步，它在控制藥物輸送和分子診斷領(lǐng)域具有潛在的用途，在這些領(lǐng)域，通過(guò)大而穩(wěn)定的通道控制生物大分子的運(yùn)輸是至關(guān)重要的?！?/p>

下一步不僅要根據(jù)分子的大小，還要根據(jù)分子的組成來(lái)選擇分子。“有大小大致相同的不同蛋白質(zhì)。我們的目標(biāo)是根據(jù)分子組成來(lái)區(qū)分這些蛋白質(zhì)，以便通過(guò)納米孔進(jìn)行更有選擇性的運(yùn)輸。”