Одна из основных задач нанотехнологий заключается в том, чтобы перейти от производства наноматериалов для проектирования к изготовлению функциональных трехмерных структур на основе самостоятельной сборки. В качестве «строительного материала» для производства в нанотехнологиях часто используют молекулу ДНК.

Проводимые исследования показали значительную сложность архитектуры, которая может быть достигнута, при использовании молекул ДНК в качестве строительных блоков. Например, применение молекулярных наночастиц самостоятельной сборки уже позволило изготовить из простых ДНК многогранников, соединения, такие как куб, октаэдр и тетраэдр.

Платонические твёрдые частицы – это любая из пяти твердых частиц, наружные поверхности которых – равнобедренные многоугольники, они являются самыми эффективными для содержания больших объемов вещества. Чем более сложный многогранник, тем больше его способность заключить в капсулу груз, потому что чем меньше пора капсулы, тем больше вещества она сможет удерживать в себе. Самое сложное платоническое тело – икосаэдр, и поэтому он является самым подходящим для того, чтобы достигнуть грузовой герметизации.

ДНК оболочка такой капсулы может защитить уязвимые лекарства от разложения, пока они не достигнут своей цели. Это может также предотвратить просачивание опасных лекарств до тех пор, пока капсула достигает поставленной цели. Всё это может быть достигнуто, если можно будет с достоверностью доказать, что наночастицы внутри такого ДНК – снаряда, будут точно доставлены к месту назначения. И именно это показывает новое исследование учёных из Индии. Полученные результаты были недавно опубликованы в Angewandte Chemie ( Модулярная Ассамблея по икосаэдрическим ДНК нанокапсулам ).

"Многогранники ДНК могут применяться как интеллектуальные системы доставки лекарственных средств, из-за богатой информации о структуре, которая может позволить целенаправленную доставку инкапсулированных образований, " говорит Ямуна Кришнан.

«Создание сложных многогранников подразумевает практическую реализацию этих проектов, за счёт больших инкапсулированных объемов лекарств, сохраняя маленький размер поры. Современные возможности не позволяют постройку таких сложных многогранников»

Рис. 1. Наночастицы золота, инкапсулированные в молекулу ДНК. В ярком поле с низким разрешением, можно увидеть плотное ядро металлических частиц в клетках. На вставке показано изображение высокого разрешения, в котором можно увидеть, что индивидуальные золотые наночастицы, находятся в икосаэдрических клетках. Масштаб: 50 нм.

Кришнан является старшим научным сотрудником Национального центра по биологическим исследованиям в Бангалоре, Индия, где она возглавляет группу химической биологии. Ее последние исследования посвящены демонстрации функции многогранника ДНК, где 3D рамки сконструированы из двойных спиралей ДНК.

"Мы построили самый сложный ДНК многогранник, а именно – икосаэдр, с помощью уникального модуля, и продемонстрировали его функциональность путем герметизации наночастицы золота из раствора, " говорит Кришнан. Кришнан и ее команда показали, что у этих красивых архитектур, действительно могут быть очень полезные функции.

«Мы построили наш икосаэдр через уникальный модуль и продемонстрировали его функциональность для многогранников ДНК, заключая в его капсулу золото, " говорит она. "Преимущество нашей технологии состоит в том, что многогранники получены в чрезвычайно высоких объёмах. Это – то, что нам было нужно, потому что с каждым шагом, модули начинают изгибаться в структуры формы чашки. В заключительном шаге два полуикосаэдра формы чашки могут соединиться, чтобы сформировать целый икосаэдр, эффективно заключающий в капсулу любое вещество. Эта модульная стратегия является, таким образом, ключевой, при демонстрации грузовой герметизации многогранников ДНК »

В настоящее время, после демонстрации процессов сборки, Кришнан и её команда, ищут способ изготовления ещё более сложных ДНК многогранников. Основные задачи научно-исследовательской деятельности будут заключаться в определении подходящих кандидатов из лекарств, на капсулирование; помещение этих молекул в ДНК полиэдры; создание белков, которые могут связываться с этими структурами на их наружной поверхности, а затем изучение методов доставки лекарств из этих молекул в различные ткани и клетки.

Кришнан указывает на то, что основные этапы в этой работе, направлены на улучшение капсулирующей способности полиэдров, и разработки методов, чтобы избежать утечки инкапсулированных препаратов.

«Еще одна проблема заключается в том, чтобы увидеть, насколько стабильно эти перевозчики могут быть в биологических средах, и насколько они иммуногенны, так как это будет иметь решающее значение использования их в целевых поставках лекарств», говорит она. «Кроме того, изучить механизмы, с помощью которых включенные молекулы высвобождаются в клетках и тканях ».