Тенсегрити: Архитектура ДНК

Имитируя природные структуры, ученые создают наноразмерные устройства на базе ДНК, способные перемещаться и менять свою форму по требованию. 

Такие особенности ДНК, как биосовместимость и возможность биохимического разложения, дают новым устройствам преимущество перед существующими нанотехнологиями с точки зрения использования в медицинских целях. 

Устройство, имеющее размеры порядка одной миллионной части метра, состоит из однонитевой (денатурированной) ДНК, которая после смешения с многочисленными фрагментами комплементарной ДНК , самостоятельно формирует предопределенные трехмерные структуры. Двойные спирали комплементарной ДНК формируют более крупные, жесткие «стойки», которые связываются между собой посредством одинарных нитей денатурированной ДНК. Эти одинарные нити «растягивают» структуру из «стоек» до образования объемной формы. Прочность и стабильность полученной структуры обусловлена совокупным действием сил растяжения и сжатия в получившейся системе. 

Этот принцип, носящий название «тенсегрити», оставался в центре внимания художников и архитекторов на протяжении долгого времени. Но и природа нередко использует его в своих творениях: например, наши кости служат подобными «стойками», работающими совместно с «тросами» мышц, сухожилий и связок, что позволяет нам выдерживать действие гравитации. Согласно этому же принципу клетки могут регулировать свою форму на микроуровне.

Пример из макромира: 

Cтруктура из стоек и тросов, созданная по принципу тенсегрити

Созданные на базе новой технологии крошечные устройства могут послужить для непосредственной доставки лекарств в пораженные клетки. Наноустройство, способное реагировать на биохимические или механические сигналы, сможет обеспечить введение препарата в нужном месте в нужное время. Более того, однажды с помощью таких устройств можно будет перепрограммировать стволовые клетки человека для регенерации поврежденных органов. Стволовые клетки ведут себя по-разному в зависимости от действующих на них сил. Так, жесткий внеклеточный матрикс (биологический «клей», окружающий клетки), имитирующий консистенцию костной ткани, дает стволовым клеткам сигнал становиться «материалом» для кости, а густой матрикс, похожий по консистенции на ткани мозга, стимулирует появление нейронов. Тенсегрити-устройства могли бы помочь изменить плотность внеклеточного вещества, чтобы направить развитие стволовых клеток в нужное русло. 

По словам авторов работы, такие устройства – это крошечный универсальный инструмент, способный решать задачи целевой доставки медикаментов и восстановительной медицины. А наличие «копировального аппарата», созданного самой природой для воспроизводства ДНК, делает тенсегрити-устройства относительно простыми в изготовлении. 


По сообщению PhysOrg.com