Научные сотрудники Университета Джона Хопкинса (частного исследовательского центра в Балтиморе, США) разработали нанотрубки диаметром всего в одну миллионную часть толщины человеческого волоса, при этом хорошо защищенные от малейших утечек. Об этом сообщает портал Nanowerk. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Микроканал из надежных нанотрубок, которые самособираются, самовосстанавливаются и могут соединяться с различными биоструктурами, стал важным шагом на пути к созданию системы, которая в будущем сможет доставлять специализированные лекарства, белки и молекулы к целевым клеткам внутри человеческого тела.
«Новое исследование убедительно свидетельствует о том, что можно создавать нанотрубки, которые не протекают, используя простые методы самосборки, когда мы смешиваем молекулы в растворе и просто позволяем им формировать желаемую структуру», – пояснила Ребекка Шульман, профессор химической и биомолекулярной инженерии Университета Джона Хопкинса, которая руководила этим научным проектом.
Новая разработка основана на общепринятой методике, которая переназначает фрагменты ДНК в качестве строительных блоков для роста и восстановления нанотрубок, позволяя им искать и соединяться с определенными структурами.
В предыдущих исследованиях той же научной группой были разработаны аналогичные структуры для создания более коротких структур, называемых нанопорами. Последние исследования были сосредоточены на способности нанопор ДНК контролировать транспорт молекул через выращенные в лаборатории липидные мембраны, которые имитируют клеточную мембрану.
Как объясняют ученые, если нанотрубки подобны трубам, то нанопоры подобны коротким трубным фитингам, которые сами по себе не могут добраться до других труб, резервуаров или оборудования. Шульман и ее коллеги специализируются на биологических нанотехнологиях для решения подобных проблем.
«Построение длинной трубки из поры может позволить молекулам не только пересекать поры мембраны, удерживающей молекулы внутри камеры или клетки, но и направлять их туда, куда они попадают после выхода из клетки. Мы смогли построить трубки, отходящие от пор гораздо длиннее, чем те, которые были построены раньше, что могло приблизить транспорт молекул по «магистралям» нанотрубок к реальности», – сообщила Шульман.
Нанотрубки формируются из нитей ДНК, переплетенных между разными двойными спиралями за счет небольших щелей в их конструкциях. Из-за чрезвычайно малых размеров ученым было сложно проверить, могут ли трубки транспортировать молекулы на большие расстояния без утечек или могут ли молекулы проскальзывать через щели в их стенках.
Йи Ли, докторант кафедры химической и биомолекулярной инженерии Университета Джона Хопкинса, провел нано-эквивалент операции «закрытия трубы и открытия крана». Он закрыл концы пробирок специальными «пробками» из ДНК и пропустил через них раствор флуоресцентных молекул, чтобы отслеживать утечки и скорость притока.
Точно измерив форму трубок и то, как их биомолекулы соединяются с определенными нанопорами и как быстро течет флуоресцентный раствор, исследователи смогли установить, как трубки перемещают молекулы в крошечные, выращенные в лаборатории мешочки, напоминающие клеточную мембрану. Светящиеся молекулы скользили, как вода по желобу.
«Теперь мы можем назвать это полноценной «трубопроводной системой», потому что с помощью этих каналов мы направляем поток определенных материалов или молекул на гораздо большие расстояния. Мы можем контролировать, когда остановить этот поток, используя другую структуру ДНК, которая очень специфически связывается с этими каналами, чтобы остановить этот транспорт, работая как клапан или пробка», – отметил Ли.
Нанотрубки ДНК могут помочь ученым лучше понять, как нейроны взаимодействуют друг с другом. Исследователи также могут использовать их для изучения таких заболеваний, как рак, и функций более чем 200 типов клеток организма.