Related Offers

ДНА как Функциональный Полимер

Профессором Juewen Liu

Профессор Juewen Liu, Ассистент Профессора, Отдел Химии, Университета Ватерлоо, Бульвара 200 Университетов, Ватерлоо, Онтарио, Канады
Соответствуя автор: liujw@uwaterloo.ca

60 лет тому назад, была разрешена известная структура винтовой линии ДНА двойной, принося о рождении самомоднейшей молекулярной биологии. С после этого, ДНА обширно было изучено как генетический материал. В 1970s, был изобретен синтез ДНА тверд-участка, позволяющ одному получить произвольные последовательности олигонуклеотида. В 1986, вымысел цепной реакции полимеразы (PCR) позволил инфинитному количеству экземпляров ДНА быть усиленным от даже одиночной молекулы. Эти 2 метода который делали его возможным исследовать новые функции ДНА.

ДНА имеет сильно programmable структуры которые можно конструировать основали на простом низкопробном спаривая правиле. Например, вызванное поле структурной нанотехнологией ДНА испытывало быстрые развития, обнародованные много опубликованных изощренных 2D и nanostructures 3D. [1] На этих структурах, различные nanoparticles были депозированы для того чтобы предложить другие функции. Другое интересное выдвижение было открытием ДНА как катализатор (каталитическое ДНА) и для молекулярного опознавания (aptamer), делающ ДНА функциональную замену для протеинов. Сравнено к протеинам, ДНА очень более стабилизировано, легке для того чтобы выполнить мест-специфический обозначать, и легко для спряжения к различным материалам, популяризующ ДНА как молекула выбора в строить функциональное nano и биоматериалы.

Nanomaterials

Nanomaterials привлекательны потому что они обладают уникально размером и расстояни-зависимыми физическими свойствами. Пока размер частицы можно хорошо контролировать через химический синтез, управление расстояния взаимо--частицы с точностью sub-nm и организация разных видов частиц остали трудными. ДНА снабубежит однозначное решение разрешать эти проблемы. С другой стороны, молекулярное свойство опознавания aptamers ДНА и ДНА позволяет этим nanomaterials быть использованным для biosensing и биомедицинские применений. [2,3] Моя лаборатория заинтересована в исследовать биофизический интерфейс между ДНА и различными nanomaterials для того чтобы направить конструкцию более лучших биосенсоров, биоматериалов, и средств доставки снадобья.

Глубокие понимания

В Пределах упорней длины ~50 nm, котор двойн-сели на мель ДНА можно рассматривать как твердая штанга с диаметром как раз 2 nm. Каждая дополнительная низкопробная пара способствует к увеличению длины 0,34 nm. Поэтому, управления sub-nm расстояния можно достигнуть используя ДНА. С наличием разнообразного ряда химии приложения, ДНА можно соединить к почти всем известным nanomaterials. Мы заинтересованы в изучать расстояни-зависимые свойства различных nanomaterials, включая nanoparticles золота, липосомы, магнитные nanoparticles, многоточия суммы, и graphene используя ДНА как линкер. Например, на Диаграмму 1A показано агрегат nanoparticles золота Дна-functionalized используя ДНА линкера с последующим изменением цвета от красной к пурпуру. [4] Такая же идея может быть прикладной к агрегату мягких nanoparticles липосомы (Диаграммы 1B), [5] так же, как гибриду золот-липосомы (Диаграмме 1C). [6] Расстояние взаимо--частицы может точно быть проконтролировано путем изменять последовательность ДНА. Изучать эти системы может обеспечить проницательности в взаимодействие Дна-поверхности так же, как соединение физических случаев среди частиц.

Диаграмма 1. Схемы Дна-направленного агрегата nanoparticles золота (A), липосом (B), и их гибридов (C).
(D) Микрорисунок представителя TEM структуры показанной внутри (C).

Контроль окружающей среды

За простой структурной молекулой, ДНА может узнать широкий диапазон ионов, молекул, и даже клеток с высокой характерностью. В случае обнаруживать сильно токсическую ртуть, использовано ДНА богатые люди thymine. Как показано в Диаграмме 2, получено это ДНА может сложить в hairpin на вязке ртути где на добавлении вязки ДНА краска вызвала Зеленый Цвет I SYBR (SG), зеленое флуоресцирование. Лишать Подвижности ртуть обнаруживая ДНА к гидрогелю имеет несколько преимуществ. Гель позволяет засыханию и регенерации датчика. Более важно, гель может активно адсорбировать ртуть, увеличивая свою концентрацию внутри гель. Через обездвиживание, мы достигали сильно селективного и чувствительного обнаружения ртути без пользы любой аналитически аппаратуры. [7,8]

Диаграмма 2. Дна-основанный биосенсор лишенный подвижности на гидрогеле для обнаружения ртути где
SG будет сильно дневным по связывать к, котор двойн-сели на мель зоне в ДНА.

Биомедицинский диагноз

Отдельно от опознавания ионов тяжелого метала, aptamers можно выбрать для того чтобы связать другие молекулы как протеины и метаболиты. Этот процесс выбора aptamer начинает с огромным архивом случайных молекул ДНА где только последовательности которые связывают метаболит сохранены. В Диаграмме 3, последовательность которая может связать к ATP показана. [9] Пока это aptamer может обнаружить ATP эффектно в чисто буфере, свое представление сильно помешано присутсвием сыворотки крови. Для проб крови, важно достигнуть обнаружения в очень малом томе образца. Мы нашли то путем прикреплять aptamer-основанный датчик на магнитную микрочастицу (MMP), его возможны для того чтобы достигнуть обнаружения в как раз 10 mL людской сыворотки крови. Из-за MMP, мы смогли отделить шаг ATP binding от шага обнаружения сигнала флуоресцирования, позволяющ нам разбавить влияние сыворотки крови. [10]

Диаграмма 3. Последовательность aptamer ATP binding и своего обездвиживания дальше
MMP позволяющ эффективному обнаружению ATP в людской сыворотке крови.

Применения поставки Снадобья

Такой же метод выбора ДНА можно также использовать для того чтобы пристрелть раковые клетки. [11] Много aptamers ДНА уже были изолированы для того чтобы пристрелть много различных линий клетки тумора. Например, последовательность гуанина богатая вписывала клинические испытания. Принимающ преимущество nanomaterials для нагрузки и воображения снадобья, биоматериалы Дна-functionalized могут позволить изощренным функциям быть осуществлянным включая пристрелнные поставку и диагноз.

В сводке, ДНА очень разносторонняя молекула и с структурными и функциональными свойствами. Взаимодействуя ДНА с различное nano и биоматериалами может значительно улучшить представление этих молекул ДНА в различных применениях. В тоже время, структурное свойство ДНА позволяет точному агрегату nanomaterials с высокой точностью, позволяющ основным биофизическим вниканиям которые могут заправить топливом более дальнейшее развитие различных применений.

Справка

  1. Seeman NC. ДНА в материальном мире. Природа 2003; 421: 427-31.
  2. Storhoff JJ, Синтез Материалов Mirkin Запрограммированный CA. с ДНА. Chem. Rev. 1999; 99: 1849-62.
  3. Liu J, Cao Z, Датчики Нуклеиновой Кислоты Lu Y. Функциональн. Chem. Rev. 2009; 109: 1948-98.
  4. Смит BD, Liu J. Агрегат Дна-Functionalized Nanoparticles в Спиртных Растворителях Показывает Напротив Термодинамических и Кинетических Тенденций для Гибридизации ДНА. J. Am. Chem. SOC. 2010; 132: 6300-1.
  5. Дэйв N, Liu J. Programmable Агрегат Липосом Дна-Functionalized ДНА. Acs Nano 2011; 5: 1304-12.
  6. Дэйв N, Liu J. Предохранение и Промотирование UV Радиаци-Наведенной Утечки Липосомы через Дна-Направленный Агрегат с Золотом Nanoparticles. Adv. Mater. 2011; в давлении.
  7. Дэйв N, Huang P-JJ, Chan МОЙ, Смит BD, Гидрогели Liu J. Regenerable Дна-Functionalized для Ultrasensitive, Аппаратур-Свободных Обнаружения и Удаления Меркурия (II) в Воде. J. Am. Chem. SOC. 2010; 132: 12668-73.
  8. KA Иосиф, Дэйв N, Реакция Флуоресцирования Liu J. Электростатическ Directed Визуально Монолитовых Гидрогелей Дна-Functionalized для Сильно Чувствительного Обнаружения Hg2+. ACS Appl. Mater. Взаимо-. 2011; 3: 733-9.
  9. Huizenga DE, Szostak JW. ДНА Aptamer Которое Связывает Аденозин и ATP. Биохимия 1995; 34: 656-65.
  10. Huang PJJ, Liu JW. Подача Cytometry-Помогла Обнаружению Аденозина в Сыворотке с Лишенным Подвижности Датчиком Aptamer. Заднепроходно. Chem. 2010; 82: 4020-6.
  11. Клык XH, Tan WH. Aptamers Произвело от Клетки-SELEX для Молекулярной Медицины: Химический Подход К Биологии. Acc. Chem. Res. 2010; 43: 48-57.

Date Added: May 12, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 07:17

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit