En banbrytande studie från University of Stuttgart har introducerat DNA-nanorobotar som kan omforma artificiella celler och skapa programmerbara transportkanaler – en teknologisk milstolpe som öppnar dörrar för precisionsmedicin och syntetisk biologi. Upptäckten, publicerad i Nature Materials, kombinerar DNA-origami med avancerad membranreglering för att efterlikna levande cellers dynamik .
DNA-origami: Byggstenarna för nanorobotar
DNA-origami är en teknik där långa DNA-strängar viks till exakta nanostrukturer med hjälp av korta ”stapel”-sekvenser. Prof. Laura Na Liu och hennes team har utnyttjat denna metod för att skapa omkonfigurerbara nanorobotar som interagerar med syntetiska cellmembran. Dessa robotar kan ändra form som respons på specifika signaler, vilket möjliggör kontroll över cellens struktur och permeabilitet .
Funktionella syntetiska celler
Forskarna använde giant unilamellar vesicles (GUVs), cellstora modeller uppbyggda av lipiddubblag, för att simulera biologiska membran. Genom att koppla DNA-nanorobotarnas deformation till GUV-membranens omvandling skapades temporära kanaler som tillåter stora molekyler som terapeutiska proteiner att passera. Kanalerna kan dessutom stängas efter transport, vilket ger en dynamisk kontroll .
Terapeutiska applikationer
- Precisionsläkemedel: Kanalerna kan dirigera läkemedel eller enzymer till specifika cellmål, vilket minskar biverkningar och ökar effektiviteten .
- Studie av sjukdomsmekanismer: Syntetiska celler med programmerbara membran kan simulera sjukliga tillstånd, exempelvis defekter i membranetransport .
- Skalbar produktion: Metoden kräver inte komplexa biologiska system, vilket underlättar industriell tillämpning .
Innovationens kärna: Frihet från biologiska begränsningar
En unik aspekt är att DNA-nanorobotarnas funktion inte har några direkta biologiska motsvarigheter. ”Detta är helt artificiellt designade processer som överträffar naturens variationer”, förklarar medförfattaren Prof. Stephan Nussberger . Till exempel kan nanorobotarna öppna kanaler som är betydligt större än de som finns i naturliga celler, vilket möjliggör transport av makromolekyler som annars inte skulle kunna passera .
Framtida utmaningar och visioner
- Integration i levande system: Även om studien fokuserar på syntetiska celler, planerar teamet att testa tekniken på humana celler inom 2–3 år .
- Energioptimering: Nanorobotarna kräver externa signaler (t.ex. pH-förändringar) för aktivering, vilket behöver finjusteras för klinisk användning .
- AI-design: Framtida steg inkluderar maskininlärning för att automatisera designen av DNA-strukturer .
Slutsats: En ny era för syntetisk biologi
Denna teknik representerar inte bara ett verktyg för läkemedelsutveckling – den omdefinierar hur vi kan konstruera biologiska system från grunden. Som Prof. Liu konstaterar: ”Vi har nu en plattform där form och funktion kan styras med atomär precision” . Med vidareutveckling kan detta bli en hörnsten i nanomedicin och syntetisk biologi.
Källor
- Nature Materials: Morphological transformation and formation of membrane channels in synthetic cells through reconfigurable DNA nanotubes [DOI: 10.1038/s41563-024-02075-9]
- University of Stuttgart Press Release: New tool for synthetic biology
- MedIndia: Targeted Drug Delivery in Artificial Cells Using DNA Nanorobots
- Lifeboat Foundation Blog: DNA nanorobots in synthetic biology
- EurekAlert: DNA Origami Controls Synthetic Cells
Artikeln sammanställer information från ovanstående källor, med särskild tonvikt på den primära studien i Nature Materials.
