DNA折纸技术
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
载药新材料研究进展
——DNA折纸技术
2013-11-14
2006年美国加州理工学院计算机生物工程师Paul Rothemund开发了一种“DNA折纸术”（ DNA origami technique），像折叠一条长带子那样，把一条DNA长链反 复折叠，形成需要的图形，就像用一根单线条绘制出整幅图画。 折叠后的DNA长链，通过一些“钉子”对适当位置上的DNA 短链加以固定，从而构建出了一张二维结构的精美图谱。
Compared to many other nanoscale systems designed for drug delivery such as polymer micelles and inorganic particles, DNA origami based construction has several advantages: (i) same size, shape, and charge for each particle instead of the size distribution often seen for self-assembled nanostructures; (ii) perfect control of the placement of functionalities on the structure using specific oligos.
DNA折纸技术可以将DNA折叠为二维或三维的纳米级形状。 这种技术是由美国加州理工学院的Paul Rothemund博士发 明的，在诊断设备的新型分子传感器、分子药物容器、药物 递送系统的开发，以及确定酶的级联反应中，DNA折纸技术 都将具有重要的应用。在许多的实验室中， DNA支架，或者 更为精巧的DNA结构正在被用于各种新颖的应用上。
DNA Gridiron Nanostructures Based on Four-Arm Junctions
Dongran Han,Suchetan Pal, Yang Yang, Shuoxing Jiang,Jeanette Nangreave,Yan Liu, Hao Yan
DNA折纸技术的复杂性出现了新转折。来自自亚利桑那州 大学生物与化学研究所以及纽约大学化学系的研究人员成功控 制单链DNA折叠回来形成二维或三维纳米结构。 DNA折纸技 术需要利用脚手架指导单链DNA折叠形成任意形状。由严浩 ( Hao Yan)教授带领的亚利桑那州这个团队，利用彼此几乎 成直角的两条DN链交叉结构形成的脚手架，成功创造现今为 止更多复的设计，他 们还可以调节封装效率以及药物的释放速度，与无 DNA纳米结构包装的药物相比，这种技术可以提高 药物的细胞毒性并降低药物在细胞内的消失速度。
研究人员得出结论说：“有前途的释放动力学和 细胞毒性的阿霉素/ T纳米系统，结合知名的灵活性， DNA折纸术的方法来装饰靶向配体的结构与使 DNA结构的一个潜在的候选平台主动靶向的抗癌纳 米结构。“
这种类似的十字结构被称为 Holliday结合点 。严浩及其团 队通过调整脚手架的组装方式克服了这个问题，这种调整方式 使得结合点出现轻微扭曲。结果，结合点能连接在一起，并形 成华夫饼似的格子结构。严浩表示，这种结构其稳定性，令人 惊讶。
该团队能利用这点，不仅能指导DNA二维结构的形成，也 能指导DNA三维球状结构及螺旋状结构。研究人员希望DNA 折纸技术能更有用，也许建立一种容纳药物的三维”笼”，并 将药物运输至身体需要的指定位置。
DNA Origami Delivery System for Cancer Therapy with Tunable Release Properties
Yong-Xing Zhao, Alan Shaw, Xianghui Zeng,Erik Benson,Andreas M. Nystrom,and BjornHogberg
视频
提高药物递送效果
瑞典卡洛琳学院Björn Högberg博士的研究团队专注于 研究将DNA组成的“装置”进行颗粒化并用于医学。
研究人员将长的单链DNA分子与大约200条短的单链寡核 苷酸链进行混合，随着短的单链寡核苷酸链与长的单链支架经 过杂交在一起，各种形状的纳米级结构就产生了。在DNA纳 米结构完成自组装后，各个寡核苷酸的位置也就清楚了。
研究人员总结称，DNA折纸技术众所周知的灵活 性与纳米药物递送系统相结合，使得这种DNA结构 成为一种非常有潜力的抗癌纳米结构候选平台。
Shih 实验室开发过一种叫做caDNAno软件程序，利 用这一程序用户们可以手动构建出支架DNA折纸的二维 图纸。Bathe开发的新型软件程序dubbed CanDo既容 纳了caDNAno的二维设计性能，还可用于预测最终设计 的三维结构。
2012年，科学家报道称，已经成功地设计并验证了两种 DNA折纸纳米结构用于将蒽环类药物多柔比星（阿霉素）递 送至三种不同的人类乳腺癌细胞系。因为多柔比星在癌症治疗 中的作用机制是插入到DNA中去，而DNA纳米科技则支持此 类高度个性化，因而科学家们预测，DNA折纸纳米结构的这 些特征将容许对DNA纳米结构进行优化调整用于药物递送。
Rothemund认为CanDo程序应该能帮助DNA折纸设 计者更充分地检测DNA的结构，调整使它们正确折叠。 “尽管我们现在能够设计出东西的形状，然而我们还没 有帮助设计和分析结构中应力和张力的 具，”Rothemund说：“在分子水平上，DNA双螺旋 结构的应力会降低结构的折叠稳定性，导致局部缺陷， 这将阻碍支架DNA折纸技术的发展。”
在2006年，Rothemund博士通过他发明的“一步法”，利 用数条短的DNA单链指导一条长的病毒DNA单链折叠为预设的 形状。这一技术实现了以前需要数论合成、纯化并耗时几天甚 至几个星期才能达到的目的。
利用这种方法，Rothemund博士构建了一些直径为100nm 左右、空间分辨率（指图像中可辨认的临界物体空间几何长度 的最小极限）为6nm左右的结构，组成了六种不同的形状，如 四边形、三角形、五角星等。Rothemund博士说：“我的研 究证实了，利用这种技术不仅可以构建任何想要形状的大致外 形，也可以构建任意形状的空洞结构或大小超过200像素的表面 模型。”他把这种方法命名为“DNA支架折纸术（scaffolded DNA origami）”。
——DNA折纸技术
2013-11-14
2006年美国加州理工学院计算机生物工程师Paul Rothemund开发了一种“DNA折纸术”（ DNA origami technique），像折叠一条长带子那样，把一条DNA长链反 复折叠，形成需要的图形，就像用一根单线条绘制出整幅图画。 折叠后的DNA长链，通过一些“钉子”对适当位置上的DNA 短链加以固定，从而构建出了一张二维结构的精美图谱。
Compared to many other nanoscale systems designed for drug delivery such as polymer micelles and inorganic particles, DNA origami based construction has several advantages: (i) same size, shape, and charge for each particle instead of the size distribution often seen for self-assembled nanostructures; (ii) perfect control of the placement of functionalities on the structure using specific oligos.
DNA折纸技术可以将DNA折叠为二维或三维的纳米级形状。 这种技术是由美国加州理工学院的Paul Rothemund博士发 明的，在诊断设备的新型分子传感器、分子药物容器、药物 递送系统的开发，以及确定酶的级联反应中，DNA折纸技术 都将具有重要的应用。在许多的实验室中， DNA支架，或者 更为精巧的DNA结构正在被用于各种新颖的应用上。
DNA Gridiron Nanostructures Based on Four-Arm Junctions
Dongran Han,Suchetan Pal, Yang Yang, Shuoxing Jiang,Jeanette Nangreave,Yan Liu, Hao Yan
DNA折纸技术的复杂性出现了新转折。来自自亚利桑那州 大学生物与化学研究所以及纽约大学化学系的研究人员成功控 制单链DNA折叠回来形成二维或三维纳米结构。 DNA折纸技 术需要利用脚手架指导单链DNA折叠形成任意形状。由严浩 ( Hao Yan)教授带领的亚利桑那州这个团队，利用彼此几乎 成直角的两条DN链交叉结构形成的脚手架，成功创造现今为 止更多复的设计，他 们还可以调节封装效率以及药物的释放速度，与无 DNA纳米结构包装的药物相比，这种技术可以提高 药物的细胞毒性并降低药物在细胞内的消失速度。
研究人员得出结论说：“有前途的释放动力学和 细胞毒性的阿霉素/ T纳米系统，结合知名的灵活性， DNA折纸术的方法来装饰靶向配体的结构与使 DNA结构的一个潜在的候选平台主动靶向的抗癌纳 米结构。“
这种类似的十字结构被称为 Holliday结合点 。严浩及其团 队通过调整脚手架的组装方式克服了这个问题，这种调整方式 使得结合点出现轻微扭曲。结果，结合点能连接在一起，并形 成华夫饼似的格子结构。严浩表示，这种结构其稳定性，令人 惊讶。
该团队能利用这点，不仅能指导DNA二维结构的形成，也 能指导DNA三维球状结构及螺旋状结构。研究人员希望DNA 折纸技术能更有用，也许建立一种容纳药物的三维”笼”，并 将药物运输至身体需要的指定位置。
DNA Origami Delivery System for Cancer Therapy with Tunable Release Properties
Yong-Xing Zhao, Alan Shaw, Xianghui Zeng,Erik Benson,Andreas M. Nystrom,and BjornHogberg
视频
提高药物递送效果
瑞典卡洛琳学院Björn Högberg博士的研究团队专注于 研究将DNA组成的“装置”进行颗粒化并用于医学。
研究人员将长的单链DNA分子与大约200条短的单链寡核 苷酸链进行混合，随着短的单链寡核苷酸链与长的单链支架经 过杂交在一起，各种形状的纳米级结构就产生了。在DNA纳 米结构完成自组装后，各个寡核苷酸的位置也就清楚了。
研究人员总结称，DNA折纸技术众所周知的灵活 性与纳米药物递送系统相结合，使得这种DNA结构 成为一种非常有潜力的抗癌纳米结构候选平台。
Shih 实验室开发过一种叫做caDNAno软件程序，利 用这一程序用户们可以手动构建出支架DNA折纸的二维 图纸。Bathe开发的新型软件程序dubbed CanDo既容 纳了caDNAno的二维设计性能，还可用于预测最终设计 的三维结构。
2012年，科学家报道称，已经成功地设计并验证了两种 DNA折纸纳米结构用于将蒽环类药物多柔比星（阿霉素）递 送至三种不同的人类乳腺癌细胞系。因为多柔比星在癌症治疗 中的作用机制是插入到DNA中去，而DNA纳米科技则支持此 类高度个性化，因而科学家们预测，DNA折纸纳米结构的这 些特征将容许对DNA纳米结构进行优化调整用于药物递送。
Rothemund认为CanDo程序应该能帮助DNA折纸设 计者更充分地检测DNA的结构，调整使它们正确折叠。 “尽管我们现在能够设计出东西的形状，然而我们还没 有帮助设计和分析结构中应力和张力的 具，”Rothemund说：“在分子水平上，DNA双螺旋 结构的应力会降低结构的折叠稳定性，导致局部缺陷， 这将阻碍支架DNA折纸技术的发展。”
在2006年，Rothemund博士通过他发明的“一步法”，利 用数条短的DNA单链指导一条长的病毒DNA单链折叠为预设的 形状。这一技术实现了以前需要数论合成、纯化并耗时几天甚 至几个星期才能达到的目的。
利用这种方法，Rothemund博士构建了一些直径为100nm 左右、空间分辨率（指图像中可辨认的临界物体空间几何长度 的最小极限）为6nm左右的结构，组成了六种不同的形状，如 四边形、三角形、五角星等。Rothemund博士说：“我的研 究证实了，利用这种技术不仅可以构建任何想要形状的大致外 形，也可以构建任意形状的空洞结构或大小超过200像素的表面 模型。”他把这种方法命名为“DNA支架折纸术（scaffolded DNA origami）”。