Работая с микроскопическими трубами, толщина которых составляет всего миллионную часть толщины человеческого волоса, исследователи из Университета Джона Хопкинса разработали метод защиты этих мельчайших трубопроводов даже от самых незначительных утечек.
Герметичная труба, построенная из самособирающихся, самовосстанавливающихся нанотрубок, которые могут соединяться с различными биоструктурами, является огромным шагом на пути к созданию сети нанотрубок, которая однажды сможет доставлять специализированные лекарства, белки и молекулы к определенным клеткам человеческого тела. Высокоточные измерения были недавно описаны в журнале Science Advances.
Для првоедения тестов ученые использовали трубки длиной в несколько микрон, или размером примерно с пылинку, и диаметром семь нанометров, или примерно в два миллиона раз меньше, чем толщина антенны муравья.
Технология основана на существующем методе, который перепрофилирует фрагменты ДНК в качестве строительных блоков для роста и восстановления трубок, позволяя им искать и соединяться с определенными структурами.
Подобные структуры были созданы в более ранних экспериментах для создания меньших структур, известных как нанопоры. Эти конструкции сосредоточены на способности нанопор ДНК регулировать транспорт молекул через выращенные в лаборатории липидные мембраны, которые напоминают клеточные мембраны.
Однако если нанотрубки подобны трубам, то нанопоры подобны коротким трубным фитингам, которые сами по себе не могут добраться до других труб, резервуаров или оборудования. Для решения подобных проблем команда Шульмана специализируется на биотехнологии.
Построение длинной трубки из поры может позволить молекулам не только пересекать поры мембраны, удерживающей молекулы внутри камеры или клетки, но и направлять их туда, куда они попадают после выхода из клетки. Ученые смогли построить трубки, отходящие от пор гораздо длиннее, чем те, которые были построены раньше, что могло приблизить транспорт молекул по "магистралям" нанотрубок к реальности.
Нанотрубки формируются из нитей ДНК, переплетенных между разными двойными спиралями. В их конструкциях есть небольшие щели, как в китайских ловушках для пальцев. Из-за чрезвычайно малых размеров ученые не смогли проверить, могут ли трубки транспортировать молекулы на большие расстояния без утечек или могут ли молекулы проскальзывать через щели в их стенках.
Йи Ли, докторант кафедры химической и биомолекулярной инженерии Университета Джона Хопкинса, который руководил исследованием, провел нано-эквивалент закрытия трубы и открытия крана, чтобы убедиться, что вода не вытекает. Йи закрыл концы пробирок специальными "пробками" из ДНК и пропустил через них раствор флуоресцентных молекул, чтобы отслеживать утечки и скорость притока.
Точно измерив форму трубок, то, как их биомолекулы соединяются с определенными нанопорами и как быстро течет флуоресцентный раствор, команда продемонстрировала, как трубки перемещают молекулы в крошечные, выращенные в лаборатории мешочки, напоминающие клеточную мембрану. Светящиеся молекулы скользили, как вода по желобу.
Нанотрубки ДНК могут помочь ученым лучше понять, как нейроны взаимодействуют друг с другом. Исследователи также могут использовать их для изучения таких заболеваний, как рак, и функций более чем 200 типов клеток организма.
Далее команда проведет дополнительные исследования с синтетическими и реальными клетками, а также с разными типами молекул.
