Gürkan Özsoy Blog
Tamamen Kişisel
Açılıp Kapanabilen DNA Nanoparçacıklar
TU Delft ve Max Planck Enstitüsü’nden bilim insanları, hücre zarları boyunca molekülleri taşıyabilen yeni bir yapılandırılabilir ‘mekanik’ DNA nanoparçacık sınıfı geliştirdi. Bu yenilikçi nanoparçacıklar, talep üzerine açılıp kapanabilme özelliğine sahip ve ilk kez çaplarını ayarlayabiliyor.
Bu gelişme, büyük moleküllerin kontrol edilebilir ve boyut seçici şekilde taşınmasını sağlayarak biyomedikal uygulamalar için yeni imkanlar sunuyor. Araştırma sonuçları Advanced Materials dergisinde yayımlandı.
Sabina Caneva’nın grubunda doktora sonrası araştırmacı olarak görev yapan Ze Yu, DNA origami nanoparçacıklarının biyofizik ve biyoteknoloji alanlarında protein şekillerini ve bileşimlerini analiz etmek için yaygın olarak kullanıldığını belirtiyor. Ancak, geleneksel nanoparçacıklar, terapötik gibi makromoleküllerin geçmesi için çok dar ve sürekli açık durumda oldukları için hedefe yönelik ilaç taşınımı için ideal değildir.
Yapısal Olarak Uyarlanabilir Nanoparçacıklar
Caneva ve ekibi, Max Planck Biyokimya Enstitüsü’nden Heuer-Jungmann laboratuvarıyla işbirliği içinde, geleneksel 4-5 nanometre yerine 30 nanometre genişliğinde açılımlara sahip MechanoPores nanoparçacıkları tasarladı ve geliştirdi.
Yu, “DNA, küçük ölçeklerde yapı inşa etmek için ideal bir malzemedir,” diyor. “Arzu edilen yapıyı oluşturmak için DNA iplikleri arasındaki hidrojen bağlarını kullanıyoruz.” Bu yaklaşım sayesinde, DNA origami nanoteknolojisi ile hassas ve önceden programlanmış 2D ve 3D şekiller oluşturulabiliyor.
En büyük zorluk, nanoparçacıkları talep üzerine açıp kapatabilmekti. Caneva’nın ekibi, bu esnekliğe sahip tek sarmallı DNA’nın özelliklerini kullanarak bu durumu başardı; bu, esasen uyumlu bir mekanizmaya benziyor. Nanoparçacığın içinde, her iki tarafta esnek bir tek sarmallı DNA molekülü bulunuyor.
Tamamlayıcı bir DNA ipliği eklendiğinde, daha sert bir çift sarmallı DNA molekülü oluşuyor ve nanoparçacığı açarak daha büyük biyomoleküllerin geçmesine izin veriyor. Nanoparçacığı kapatmak için dış taraftaki DNA molekülleriyle tamamlayıcı olan tek sarmallı DNA molekülleri ekleniyor, böylece nanoparçacık kapanıyor.
Boyut Ayarlanabilirliği
Yu’ya göre, bu, geri dönüşümlü olarak üç farklı çapta açılabilen ilk nanoparçacık ve böylece molekülleri boyutlarına göre seçebiliyor.
Araştırma, nanoparçacığın bir membranda da etkili bir şekilde hareket ettirilebildiğini gösteriyor; bu, bilim insanlarının daha önce başaramadığı bir durumdu. Bu, MechanoPore’yi biyomembran üzerinde konumlandırmak için bir biyokimyasal hile gerektiriyor ve nanoparçacık üzerinden moleküler akışı gösteren fluoresans görüntüleme ile doğrulanıyor.
Makine Mühendisliği Fakültesi’nden yardımcı doçent Sabina Caneva, “Çalışmamız, biyolojik makromoleküllerin büyük, stabil kanallar aracılığıyla kontrol altında taşınmasının kritik olduğu kontrollü ilaç taşınımı ve moleküler tanı alanında potansiyel kullanım için daha gelişmiş dinamik nanoyapılar için önemli bir adım,” diyor.
Bir sonraki adım, molekülleri yalnızca boyutlarıyla değil, aynı zamanda moleküler bileşimleriyle de seçebilmektir. Yu, “Benzer boyutlardaki farklı proteinler var. Amacımız, nanoparçacık üzerinden daha seçici taşınım için bu proteinleri moleküler bileşimlerine göre ayırt edebilmek,” diyor.
Daha fazla bilgi için: Ze Yu ve ark., “Uyumlu DNA Origami Nanoaktüatörler Boyut-Seçici Nanoparçacıklar Olarak,” Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202405104