Vergessen Sie für einen Moment das klassische Bild eines Roboters. Keine Metallarme, Zahnräder und Schaltkreise mehr. Die Zukunft der Mikrorobotik wird mit der Stärke der DNA gestaltet. Dies ist der Ausgangspunkt von NanoGripper, eine programmierbare Struktur aus Nukleinsäuren, die sich selbst zu einer „Miniaturhand“ mit vier Fingern und einer Handfläche zusammenfügt. Ein „molekulares Origami“, aber mit einem ganz bestimmten Zweck: tödliche Viren wie SARS-CoV-2 zu ergreifen und zu blockieren, bevor sie Zellen infizieren; oder Medikamente ultrapräzise verabreichen, indem spezifische Marker auf Tumoren erkannt werden. Lassen Sie uns gemeinsam sehen, wie diese nanoskalige technische Entwicklung funktioniert und warum sie die Medizin der Zukunft revolutionieren kann.
NanoGripper, eine (sehr) Miniaturhand aus DNA
Kennen Sie das Origami-Spiel? Stellen Sie sich vor, Sie könnten sich beugen ein einzelnes, sehr langes DNA-Molekül, um eine programmierbare 3D-Form zu erhalten. Genau das haben Forscher der University of Illinois unter der Leitung des Professors getan Xing Wang. Ich verlinke die Studie hier, sehr interessant, veröffentlicht in Science Robotics.
Das Ergebnis ist die NanoGripper: eine wenige Nanometer (Millionstel Millimeter) große Struktur, die einer Hand mit vier gegliederten Fingern und einer Handfläche ähnelt. Das „Geheimnis“ liegt im Design der DNA, die wie eine Buchseite hin und her gefaltet wird, um in einem einzigen Schritt sowohl den statischen als auch den beweglichen Teil zu erzeugen.
Fangen Sie Viren mit bloßen Händen
Ok, aber welchen Sinn hat so eine kleine „Hand“? Ganz einfach: Anzeige Viren schnappen, genau wie Ihre Hand es mit einem Gegenstand tun würde. Tatsächlich enthalten die Finger des NanoGrippers spezifische DNA-Sequenzen namens „ Aptamere, so programmiert, dass es sich wie ein molekularer Klettverschluss an bestimmte Ziele bindet. Im Fall des SARS-CoV-2-Coronavirus erkennen diese „Klettverschlüsse“ das Spike-Protein, diese Art Krone, die es dem Virus ermöglicht, sich an Zellen zu heften. Sobald das Ziel fixiert ist, biegen sich die Finger, um den Virus in einen Schraubstock einzuwickeln.
Praktische Anwendungen: Schnelltests und Infektionsschutz
Viren mit bloßen Händen zu fangen ist spektakulär, aber was nützt es wirklich? Nun, es gibt viele Verwendungsmöglichkeiten. Für den Anfang ermöglicht es Ihnen Erkennen Sie das Vorhandensein des Erregers superschnell und empfindlich. Die Forscher Sie haben den NanoGripper tatsächlich mit einem photonischen Sensor gekoppelt: Wenn das Virus in der „Hand“ landet, aktiviert es die Freisetzung fluoreszierender Moleküle, die es wie ein Glühwürmchen leuchten lassen. Ergebnis: a COVID-Test der in nur 30 Minuten die gleiche Empfindlichkeit erreicht wie molekulare Abstrichtupfer, die in Krankenhäusern verwendet werden.
Aber das ist noch nicht alles. Der NanoGripper kann das auch Blockieren Sie das Eindringen von Viren in Zellen vollständig, wodurch Infektionen wirksam verhindert werden. Reagenzglastests zeigten, dass die NanoGripper, wenn sie mit Zellen in Kontakt gebracht und dann dem Coronavirus ausgesetzt werden Sie wickeln sich um die Virusoberfläche und verhindern so, dass das Spike-Protein mit zellulären Rezeptoren interagiert.
Natürlich wäre es nach einer Infektion schwierig, diese Technologie als Heilmittel einzusetzen. Aber in Zukunft könnte es die Türen öffnen antivirale Nasensprays basierend auf NanoGripper. Schließlich ist die Nase das wichtigste „Einfallstor“ für Atemwegsviren wie Grippe und COVID, oder?
NanoGripper, ein Nano-Postbote für Krebsmedikamente
Das Potenzial des NanoGrippers geht weit über Viren hinaus. Mit ein paar Änderungen am DNA-„Code“ können erkennende Finger geschaffen werden spezifische Marker auf Tumorzellen. Dies öffnet die Tür zu einem Supergezielte Lieferung von KrebsmedikamentenDadurch werden Chemotherapien oder andere Therapien nur dort durchgeführt, wo sie benötigt werden, und gesundes Gewebe wird geschont. Eine Perspektive, die unglaublich ist.
Wir stehen erst am Anfang
Um es klar zu sagen: Der Weg, den NanoGripper vom Reagenzglas zum Patientenbett zu bringen, ist noch lang. Es sind viele Tests und Verbesserungen erforderlich, um es beispielsweise in der biologischen Umgebung stabiler und in der Lage zu machen, eine ausreichende pharmakologische „Belastung“ zu tragen.
Wir erleben den Vorabend von Weiche Nanorobotik, bestehend aus biologischen Molekülen, die uns viele Überraschungen bereithalten wird. Schließlich lehrt uns die Natur selbst, dass es keiner starren und schwerfälligen Mechanismen bedarf, um außergewöhnliche Funktionen zu erreichen. Schauen Sie sich nur die Komplexität unserer Zellen an: Sie selbst sind echte Nanoroboter, die unablässig daran arbeiten, dass wir funktionieren. Biologische Inspiration, kombiniert mit der Programmierbarkeit synthetischer DNA, verspricht den Beginn einer neuen Ära der Präzisionsmedizin, in der winzige „Hände“ oder andere molekulare Geräte in der Lage sein werden, Bedrohungen aufzuspüren oder Behandlungen genau dort durchzuführen, wo sie benötigt werden, und so Diagnosen und Therapien zu ermöglichen Präziser und effektiver.
Die Medizin hat eine große Zukunft, denn sie wird klein sein. Sehr, sehr klein.
