En nano-robot er en populær betegnelse for molekyler, der har den unikke egenskab, at de kan programmeres til at udføre en bestemt opgave. Nu har forskere ved Aarhus Universitet i samarbejde med kollegaer i Italien og USA taget et stort skridt på vejen til at bygge den første nano-robot lavet af DNA-molekyler, som kan optage og frigive aktive biomolekyler.

Nano-robotten (også kaldet et DNA nano-bur), vil med tiden sandsynligvis kunne benyttes til at transportere medicin rundt i kroppen og derved målrette virkningen til de syge celler.

Design ved brug af kroppens naturlige molekyler

Ved brug af såkaldt DNA selv-samling har forskerne designet otte unikke DNA-molekyler fra kroppens egne naturlige molekylær. Når disse molekylær bliver blandet sammen, samler de sig spontant til en virksom form, nano-buret (se figur).

Nano-buret har fire funktionelle elementer, som forandrer sig ved ændringer i omgivelsernes temperatur. Disse forandringer enten lukker (figur 1A) eller åbner (figur 1B) nano-buret. Ved at udnytte temperaturforandringer i omgivelserne har forskerne dermed fanget et aktivt enzym kaldet horseradish peroxidase (HRP) inde i nano-buret (figur 1C). HRP blev brugt som model, fordi den har en aktivitet, som er nem at spore.

Dette er muligt fordi nano-burets ydre gitter har åbninger, der er mindre i diameter end det centrale sfæriske hulrum. Denne opbygning tillader indkapsling af enzymer eller andre molekyler, som er større end hullerne i gitteret, men mindre end det centrale hulrum.

Forskerne har netop publiceret disse resultater i en videnskabelig artikel i det anerkendte tidsskrift ACS Nano. Her viser forskerne, hvordan de ved hjælp af ændringerne i temperaturen kan åbne nano-buret og tillade, at HRP bliver indkapslet, inden den lukkes igen.

Derudover viser de, at HRP bibehoder sin enzymaktivitet inde i nano-buret og omdanner substratmolekyler, der er små nok til at trænge ind i nano-buret til produkter.

Indkapsuleringen af HRP i nano-buret er reversibel, således at nano-buret som reaktion på temperaturændringer er i stand til at frigive HRP igen. Endeligt har forskerne vist, at DNA nano-buret med sin enzymladning kan optages af celler i kultur.

Fremadrettet forventer man, at konceptet bag dette nano-bur vil kunne bruges til såkaldt ”drug delivery”, altså som transportmiddel for medicin, der kan målrettes de syge celler i kroppen, så man opnår en hurtigere og bedre virkning.

Forskningen er udført ved Institut for Molekylærbiologi og Genetik og Interdisciplinært Nanoscience Center ved Aarhus Universitet i samarbejde med forskere fra Duke University i USA og University of Rome i Italien.

I ACS Nano

Mere information

Lektor Birgitta R. Knudsen
Institut for Molekylærbiologi og Genetik/Interdisciplinært Nanoscience Center
Aarhus Universitet
brk@mb.au.dk – mobil: 60202673

Postdoc Sissel Juul
Department of Biomedical Engineering
Duke University, Durham, North Carolina, USA
Sissel.juul@duke.edu – mobil: +1 919 323 2291