DNA-pohjaisia nanokoneita lääketieteen tarpeisiin

Aalto-yliopiston tutkijat esittelevät juuri julkaistussa Trends in Biotechnology -lehdessä käyttökelpoisimmat menetelmät, joilla DNA-molekyyleistä voidaan rakentaa monimutkaisia rakenteita erilaisia bioteknologisia sovelluksia varten.  Katsausartikkeli osoittaa, kuinka DNA-rakenteiden monipuoliset ominaisuudet avaavat erinomaisen mahdollisuuden valmistaa tehokkaita biologisia DNA-pohjaisia nanokoneita ja siten aivan uudenlaisia lääkehoitoja esimerkiksi syöpää vastaan. Tarkasti räätälöidyt rakenteet voisivat tunnistaa tietyt solut ja vapauttaa lääke- tai vasta-aineet vain ja ainoastaan kyseisiin soluihin.

Virusproteiineilla päällystetty DNA-origamirakenne. Proteiinikapseloinnin ansiosta origami voidaan kuljettaa tehokkaammin solujen sisään. Kuva: Veikko Linko ja Mauri Kostiainen

”Käytännössä suunnittelu- ja simulaatiomenetelmät sekä tietokoneohjelmat ovat jo nyt niin kehittyneitä, että tutkijat ympäri maailmaa voivat helposti rakentaa haluamiaan nanorakenteita synteettisestä DNA:sta mitä erilaisimpiin käyttötarkoituksiin. Kimmokkeena rakenteellisen DNA-nanoteknologian valtavan nopeaan kehittymiseen viime vuosina on ollut Paul Rothemundin kehittämä DNA-origami-tekniikka, joka on perustana lähes kaikille suoraviivaisille rakennusmenetelmille”, kertoo akatemiatutkijatohtorina biohybridimateriaalit-ryhmässä työskentelevä Veikko Linko.

DNA-nanorakenteista on moneksi

DNA-rakenteiden oleellisin ominaisuus on niiden helppo muokattavuus. Rakenteet voidaan valmistaa nanometrin tarkkuudella, ja samalla tarkkuudella niihin voidaan kiinnittää myös muita molekyylejä kuten RNA:ta, proteiineja, peptidejä ja lääkeainemolekyylejä. Menetelmää voidaan hyödyntää myös valmistettaessa nanokoon optisia laitteita sekä mittastandardeja ja molekyylialustoja erilaisten analyysimenetelmien tarpeisiin. Näiden sovellusten lisäksi Aalto-yliopiston ja Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat yhteistyössä äskettäin osoittaneet, kuinka DNA-origameja voidaan käyttää myös erimuotoisten metallisten nanopartikkeleiden tehokkaassa valmistuksessa materiaaliteknisiä sovelluksia varten.

Lääketieteen kannalta aktiivisia DNA-nanokoneita voidaan käyttää paitsi yksittäisten molekyylien havaitsemisessa, myös solujen signalointijärjestelmien muokkaamisessa. Hienostuneilla DNA-roboteilla voitaisiin lähitulevaisuudessa jopa muokata ihmisen immuunijärjestelmää. Verenkiertoon injektoitava, DNA-koneisiin pohjautuva järjestelmä voisi siten vähentää turhia lääkekuureja, sillä DNA-robotit voisivat tunnistaa taudinaiheuttajat jo pieninä pitoisuuksina ja ryhtyä ohjelmoidusti puolustustoimiin näitä vastaan.

Mullistavia tapoja valmistaa nanomateriaaleja

Professori Mauri Kostiaisen johtama tutkijaryhmä työskentelee tiiviisti DNA-nanorakenteiden parissa, ja ryhmä on julkaissut hiljattain myös kaksi tutkimusartikkelia niiden käytöstä lääketieteellisissä ja biologisissa sovelluksissa. Tutkijat ovat onnistuneet päällystämään DNA-rakenteet virusproteiineilla ja näin helpottamaan rakenteiden pääsyä ihmissoluihin esimerkiksi tehokkaampien lääkehoitojen mahdollistamiseksi. Lisäksi tutkijat ovat valmistaneet DNA-rakenteista nanokokoisen entsymaattisen reaktorin, jota voidaan käyttää molekyylien havaitsemisessa solutasolla.

Linkki Trends in Biotechnology -lehden artikkeliin:

V. Linko, A. Ora, M. A. Kostiainen, "DNA Nanostructures as Smart Drug-Delivery Vehicles and Molecular Devices." Trends in Biotechnology 33 (10), 586, 2015.

Lisätiedot:

Akatemiatutkijatohtori Veikko Linko
Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
puh. 050 408 1810
veikko.linko@aalto.fi

Professori Mauri A. Kostiainen
Biohybrid Materials -ryhmän johtaja
Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
puh. 050 362 7070
mauri.kostiainen@aalto.fi

Tutkimusryhmän sivut