大幅に改善されたバイオセンシングのための機械的に適応可能な DNA オリガミ

Sabina Caneva は、生体検出のための二次元材料とナノ細孔の研究でナノテクノロジーの分野で名を残しました。 数年前、彼女は後者で限界に達しました。 「固体を使用すると、任意のサイズのナノ細孔を作成できますが、徐々に浸食され、生体分子の検出効率が低下します」と彼女は言います。 「タンパク質でできたナノ細孔は、非常に正確なサイズを保っていますが、潜在的な薬剤を含む高分子を輸送するには通常狭すぎます。」

彼女は、DNA 折り紙の研究分野も立ち上げることにしました。これは、これにより多くの解決策が考えられるからです。 「私たちは、非常に正確で、いつでもサイズを調整できるスマートなナノポアを作りたかったのです」と彼女は言います。 「これにより、細孔がサイズに基づいて分子を区別できるようになります。 これはあらゆる種類の輸送や仕分け用途に非常に役立ちますが、固体材料やタンパク質では実現できません。」

DNA折り紙

2006 年に導入された DNA オリガミは、DNA のユニークな特性を利用してナノスケール構造を正確に作成する強力かつ革新的な方法です。 「1 次元、2 次元、または 3 次元の形状を作成するための基礎となる技術は、長い間知られてきました」とカネバ氏は言います。 「最近の進歩は、有用なコンポーネントを非常に正確に接続することで特定の機能を追加することです。 たとえば、分子検出用のナノ粒子、蛍光色素、酵素、抗体を考えてみましょう。」

新しいアプローチ

精密マイクロシステム工学科の助教授として、Caneva 氏は 8 人の研究者からなる独自のグループを持っています。 彼らの DNA 折り紙研究の特徴は、前述の運動機構や細孔など、機械的に適応可能な構造を作り出すことです。 ヒンジ、ピンセット、ローターなど、他の機械工学の動作原理も使用できます。 日常の力学からインスピレーションを受けていますが、小型化され、分子のランダムな動きによって支配される液体環境では、まったく異なる動作をします。

セルコミュニケーション

優秀な博士研究員が、概念実証としてサイズ可変ナノ細孔をすでに実現しています。 最終的には、これらは、たとえば標的薬物送達など、サイズに応じた生体分子の検出と輸送に使用できる可能性があります。 「私たちは現在、毛穴が開いているか閉じているか、あるいはその中間のサイズのときに、毛穴が何を通過するかを測定しています。 また、現在は数分しかかからないこの切り替えを高速化する戦略も開発したいと考えています。」

可変ナノポアは、デルフト工科大学の重要な研究テーマである合成細胞の構築という大きな課題にも使用される予定です。 「死んだすべての分子からゼロから構築された細胞は、成長し、分裂し、環境を感知し、それに適応できなければなりません。これはすべて生命の基本的な特徴です」とカネバ氏は言います。 「私たちはナノポアを細胞壁の連絡チャネルとして利用したいと考えています。 栄養素を取り込み、老廃物を排出し、シグナル伝達分子を通過させなければなりません。」

動作原理は、腫瘍 DNA の一部がアクチュエーターに結合するとすぐにアクチュエーターの形状が変化するというものです。 「アクチュエーターに蛍光部品を取り付けて、光を使って形状の小さな変化を測定できるようにしています。 感度の点では、単一の DNA 分子を検出できることが期待されています。」

アクチュエータの最適な形状はまだ明らかになっていません。 ピンセット、「X」、台形など、複数の形状を取ることができる限り、何でも構いません。 カネバ：「それが DNA 折り紙をとても楽しいものにしています。 制限がほとんどないので、ほとんど何でも作ることができます。」