Stuttgart Üniversitesi’ndeki bilim insanları, “DNA origami” yardımıyla biyolojik zarların yapısını ve işlevini kontrol etmeyi başardılar. Geliştirdikleri sistem, büyük terapötik yüklerin hücrelere taşınmasını kolaylaştırabilir. Bu, ilaçların ve diğer terapötik müdahalelerin hedefli uygulanması için yeni bir yol açıyor. Böylece, sentetik biyolojinin araç setine çok değerli bir araç eklenebilir. Prof. Laura Na Liu ve ekibi bulgularını Nature Materials dergisinde yayınladı .
Hücrenin şekli ve morfolojisi biyolojik işlevde önemli bir rol oynar. Bu, modern tasarım ve mimari alanlarında yaygın olan “form işlevi takip eder” ilkesine karşılık gelir. Bu ilkenin yapay hücrelere aktarılması sentetik biyolojide bir zorluktur. DNA nanoteknolojisindeki gelişmeler artık umut verici çözümler sunmaktadır. Terapötik proteinlerin hücre zarlarından geçişini kolaylaştıracak kadar büyük yeni taşıma kanallarının oluşturulmasına olanak tanırlar. Bu yeni alanda, Stuttgart Üniversitesi 2. Fizik Enstitüsü Müdürü ve Max Planck Katı Hal Araştırmaları Enstitüsü (MPI-FKF) Üyesi Prof. Laura Na Liu gibi bilim insanları, sentetik hücrelerdeki lipit zarlarının şeklini ve geçirgenliğini kontrol etmek için yenilikçi bir araç geliştirdiler. Bu zarlar, sulu bir bölmeyi çevreleyen ve biyolojik zarların basitleştirilmiş modelleri olarak hizmet eden lipit çift katmanlarından oluşur. Zar dinamiklerini, protein etkileşimlerini ve lipit davranışını incelemek için faydalıdırlar.
DNA nanoteknolojisinin uygulanmasında bir dönüm noktası
Bu yeni araç işlevsel sentetik hücrelerin yaratılmasının önünü açabilir. Laura Na Liu’nun bilimsel çalışması, yeni terapilerin araştırma ve geliştirilmesini önemli ölçüde etkilemeyi amaçlıyor. Liu ve ekibi, sentetik hücrelerle programlanabilir etkileşimleri etkinleştirmek için sinyale bağlı DNA nanorobotlarını kullanmayı başardı. Liu, “Bu çalışma, hücre davranışını düzenlemek için DNA nanoteknolojisinin uygulanmasında bir dönüm noktasıdır” diyor. Ekip, canlı hücreleri taklit eden basit, hücre boyutunda yapılar olan dev tek katmanlı veziküller (GUV’ler) ile çalışıyor. DNA nanorobotlarını kullanarak araştırmacılar, bu sentetik hücrelerin şeklini ve işlevselliğini etkileyebildiler.
Proteinler ve enzimler için yeni taşıma kanalları
DNA nanoteknolojisi, Laura Na Liu’nun başlıca araştırma alanlarından biridir. DNA origami yapıları konusunda uzmandır — özel olarak tasarlanmış daha kısa DNA dizileri, yani zımbalar aracılığıyla katlanan DNA iplikleri. Liu’nun ekibi, DNA origami yapılarını, şekillerini geri dönüşümlü olarak değiştirebilen ve böylece mikron aralığındaki yakın çevrelerini etkileyebilen yeniden yapılandırılabilir nanorobotlar olarak kullandı. Araştırmacılar, bu DNA nanorobotlarının dönüşümünün GUV’lerin deformasyonu ve model GUV membranlarında sentetik kanalların oluşumu ile birleştirilebileceğini buldular. Bu kanallar, büyük moleküllerin membrandan geçmesine izin verdi ve gerekirse yeniden kapatılabilir.
Biyolojik ortamlar için tamamen yapay DNA yapıları
“Bu, GUV’lerin şeklini ve yapılandırmasını tasarlamak için DNA nanorobotlarını kullanabileceğimiz ve böylece membranda taşıma kanallarının oluşumunu sağlayabileceğimiz anlamına geliyor,” diyor bu çalışmanın ortak yazarlarından Prof. Stephan Nussberger. “GUV’lerdeki DNA nanorobotlarının işlevsel mekanizmasının canlı hücrelerde doğrudan biyolojik bir eşdeğerinin olmaması son derece heyecan verici,” diye ekliyor Nussberger.
Yeni çalışma yeni soruları gündeme getiriyor: DNA nanorobotları gibi sentetik platformlar, biyolojik muadillerinden daha az karmaşıklıkla tasarlanabilir mi, ancak yine de biyolojik bir ortamda işlev görebilir mi?
Hastalık mekanizmalarını anlamak ve tedavileri iyileştirmek
Yeni çalışma bu yönde önemli bir adımdır. DNA nanorobotları tarafından oluşturulan çapraz zar kanalları sistemi, belirli moleküllerin ve maddelerin hücrelere etkili bir şekilde geçmesini sağlar. En önemlisi, bu kanallar büyüktür ve gerektiğinde kapanmak üzere programlanabilir. Canlı hücrelere uygulandığında, bu sistem terapötik proteinlerin veya enzimlerin hücredeki hedeflerine taşınmasını kolaylaştırabilir. Bu nedenle ilaçların ve diğer terapötik müdahalelerin uygulanması için yeni olasılıklar sunar. Bu çalışmanın ortak yazarlarından biri olan Prof. Hao Yan, “Yaklaşımımız canlı hücrelerin davranışını taklit etmek için yeni olasılıklar açıyor. Bu ilerleme gelecekteki terapötik stratejiler için çok önemli olabilir” diyor.
Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.