ДНК-наноробот

Схема строения геля из разных молекул-букв

Гидрогель — это полужидкая субстанция, состоящая из длинных переплетенных молекул полимера, в промежутках между которыми удерживается водный раствор каких-то полезных веществ. Для кулинара типичный пример гидрогеля — это студень. А для ученого такое вещество — перспективный носитель всевозможных лекарств, а также каркас для выращивания искусственных биологических тканей или целых органов, например стекловидного тела глаза. Как правило, при изготовлении гидрогеля применяют органические растворители или кислоты, а порой и нагрев до высокой температуры. Поэтому целебные вещества в гель приходится вводить после того, как он приготовлен.

Ученые из Корнелльского университета (США) во главе с профессором Дан Луо сумели приготовить дешевый гель без использования агрессивных химикалиев или сильного нагрева. А полимером для него послужили искусственно синтезированные молекулы ДНК. Ученые сделали три базовые разновидности этих молекул в виде букв Х, Y и Т. На концах всех палочек этих букв находились «липкие» фрагменты, которыми молекулы могут соединяться друг с другом, причем не самопроизвольно, а после добавки специальных ферментов. Таким образом, молекулы ДНК вели себя прямо как нанороботы-сборщики Дрекслера (см. «Химию и жизнь» 2000 №5) самоорганизовывались в структуру, получив команду извне.

Процесс приготовления гидрогеля из таких молекул-нанороботов очень прост: в их раствор добавляют ферменты, и отдельные буквы соединяются в трехмерную сеть. Из молекул Х выходит прямоугольная слоистая сетка, из Y — шестиугольные ячейки, а Т дает хаотическую структуру. Ученые обнаружили, что, подбирая концентрацию ДНК в исходном растворе, а также сочетание типов разных ДНК, они могут легко менять жесткость получаемого геля и его способность поглощать те или иные вещества. Более того, гелю можно придать форму, залив его в подходящую матрицу. Так ученым удалось синтезировать название своего университета длиной как в сантиметры, так и в микроны, а введя в него флуоресцентный краситель, они заставили это название гореть ярким оранжевым или зеленым цветом.

В ДНК-гель можно будет вводить и белки, и даже живые клетки, в чем американские ученые убедились, проведя соответствующий опыт. Смешанные с гелем инсулин и антираковый препарат выделялись впоследствии из него с нужной скоростью. А клетки, помещенные в гель, оставались живыми и спустя трое суток.