Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Blockcopolymer-Mizellisierung als Schutzstrategie für DNA-Origami

16.03.2017

Wissenschaftler des Center for Advancing Electronics Dresden / TU Dresden und der Universität Tokyo unter der Leitung von Thorsten L. Schmidt (cfaed) haben eine Methode zum Schutz von DNA-Origami vor dem Abbau in biologischen Medien entwickelt. Diese Strategie ermöglicht zukünftige Anwendungen in der Nanomedizin und Zellbiologie.

Die genaue Anordnung einzelner Moleküle ist grundsätzlich sehr schwierig. DNA-Nanotechnologie ermöglicht die Synthese Nanometer-großer Objekte mit programmierbaren Formen aus synthetischen DNA-Fragmenten.


Polyplex Abstract

cfaed

Eine der am häufigsten genutzten Methoden in diesem Forschungsfeld ist die sogenannte DNA-Origami-Technik, welche die Herstellung von Nanostrukturen mit nahezu beliebigen Formen ermöglicht. Diese sind um ein Tausendfaches kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Sie können punktgenau mit zahlreichen weiteren Materialen funktionalisiert werden, wie z.B. Eiweißmolekülen, Antikörpern, Wirkstoff-Molekülen oder anorganischen Nanopartikeln, so dass definierte Geometrien bzw. Abstände mit Genauigkeiten im Nanometerbereich einstellbar sind.

Dank dieser einzigartigen Kontrolle von Materialien im Nanometerbereich sind DNA-Nanostrukturen auch für Anwendungen in der Molekularbiologie und Nanomedizin attraktiv. So könnten Nanostrukturen beispielsweise als programmierbare Wirkstoffträger oder Diagnoseeinheiten eingesetzt werden, oder die Reaktion von Zellen auf präzise eingebrachte Moleküle untersucht werden.

Diese künstlichen DNA-Nanostrukturen benötigen allerdings etwa 10-fach höhere Salzkonzentrationen, als in Körperflüssigkeiten oder Zellkulturmedien vorliegen, damit die Form und damit die Funktionalität erhalten bleibt. Darüber hinaus können sie sehr schnell von speziellen Enzymen (Nukleasen) abgebaut werden, welche in menschlichen Körperflüssigkeiten wie Blut oder Speichel zu finden sind. Diese Instabilität schränkt biologische oder medizinische Anwendungen ein.

Aus diesem Grunde überzog ein Team unter Leitung von cfaed-Forschungsgruppenleiter Dr. Thorsten L. Schmidt (Technische Universität Dresden) DNA-Origamistrukturen mit einem synthetischen Polymer. Dieses besteht aus zwei Segmenten: einem kurzen positiv geladenen Abschnitt, welcher das Polymer elektrostatisch an der negativ geladenen DNA-Nanostruktur anheftet, und einer langen ungeladenen Polymerkette, welche die gesamte Nanostruktur ähnlich einem Pelz einhüllt.

Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass solche von Polymeren bedeckten DNA-Nanostrukturen vor Nuklease-Abbau und niedrigen Salzkonzentrationen geschützt waren. Zudem konnten sie nachweisen, dass mit Nanopartikeln funktionalisierte Nanostrukturen mittels derselben Methode geschützt werden können. Seine Forschungsergebnisse veröffentlichte das Team unter dem Titel: “Block Copolymer Micellization as a Protection Strategy for DNA Origami” in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie [DOI: 10.1002/anie.201608873].

Diese unkomplizierte, kosteneffektive und robuste Methode zum Schutz von DNA-basierten Strukturen könnte biologische und nanomedizische Anwendungen in Bereichen ermöglichen, in welchen „ungeschützte“ DNA-Origami nicht stabil wären.

Paper:
Block Copolymer Micellization as a Protection Strategy for DNA Origami
Authors: Nayan P. Agarwal [a]; Michael Matthies [a]; Fatih N. Gür [a]; Kensuke Osada [b]; Thorsten L. Schmidt [a]
[a] Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed), Technische Universität Dresden
[b] Prof. Dr. Kensuke Osada, Department of Bioengineering, University of Tokyo
[DOI: 10.1002/anie.201608873]

Pressebild:
HiRes download: http://bit.ly/2nyQrrZ

Pressekontakt:
Thorsten-Lars Schmidt, PhD.
Gruppenleiter DNA Chemistry
E-mail: thorsten-lars.schmidt@tu-dresden.de

Matthias Hahndorf
cfaed Communications Officer
Phone: +49 (0)351 463 42847
E-mail: matthias.hahndorf@tu-dresden.de

Über das cfaed
Zum Exzellenzcluster für Mikroelektronik der Technischen Universität Dresden gehören elf Forschungsinstitute, darunter die Technische Universität Chemnitz sowie zwei Max-Planck-Institute, zwei Fraunhofer-Institute, zwei Leibniz-Institute und das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Auf neun verschiedenen Pfaden forschen rund 300 Wissenschaftler nach neuartigen Technologien für die elektronische Informationsverarbeitung. Sie verwenden dabei innovative Materialien wie Silizium-Nanodrähte, Kohlenstoff-Nanoröhren oder Polymere. Außerdem entwickeln sie völlig neue Konzepte, wie den chemischen Chip oder Herstellungsverfahren durch selbstassemblierende Strukturen, bspw. DNA-Origami. Ziele sind zudem Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und das reibungslose Zusammenspiel der unterschiedlichen Bauelemente. Darüber hinaus werden biologische Kommunikationssysteme betrachtet, um Inspirationen aus der Natur für die Technik zu nutzen. Dieser weltweit einzigartige Ansatz vereint somit die erkenntnisgetriebenen Naturwissenschaften und die innovationsorientierten Ingenieurwissenschaften zu einer interdisziplinären Forschungsplattform in Sachsen.

www.cfaed.tu-dresden.de

Kim-Astrid Magister | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Gut vorbereitet ist halb verdaut
16.11.2018 | Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung

nachricht Übergangsmetallkomplexe: Gemischt geht's besser
16.11.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Im Focus: A Chip with Blood Vessels

Biochips have been developed at TU Wien (Vienna), on which tissue can be produced and examined. This allows supplying the tissue with different substances in a very controlled way.

Cultivating human cells in the Petri dish is not a big challenge today. Producing artificial tissue, however, permeated by fine blood vessels, is a much more...

Im Focus: Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt

Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Materialeigenschaften liefern.

Aluminiumlegierungen verfügen über einzigartige Materialeigenschaften und sind unverzichtbare Werkstoffe im Flugzeugbau sowie in der Weltraumtechnik.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

Wer rechnet schneller? Algorithmen und ihre gesellschaftliche Überwachung

12.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Emulsionen masschneidern

15.11.2018 | Materialwissenschaften

LTE-V2X-Direktkommunikation für mehr Verkehrssicherheit

15.11.2018 | Informationstechnologie

Daten „fühlen“ mit haptischen Displays

15.11.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics