В Иллинойсском университете в Урбане-Шампейне (UIUC) из кусочка ДНК создана крошечная рука, которая может в буквальном смысле схватить коронавирус, чтобы точно диагностировать COVID-19. Разработка под названием NanoGripper описана в журнале Science Robotics.
Вдохновленные силой захвата человеческой руки и птичьих когтей, изобретатели сконструировали наноструктуру с четырьмя пальцами по три сустава в каждом, угол и степени свобод которых обусловлены исходным материалом.
«Мы используем ДНК из-за ее структурных свойств. Она прочная, гибкая и программируемая. Однако даже в области ДНК-оригами это новинка с точки зрения принципа дизайна. Мы складываем одну длинную нить ДНК вперед и назад, чтобы сделать все элементы — как статические, так и движущиеся — за один шаг», — пояснил Син Ван, профессор биоинженерии и химии в UIUC.
В пальцах есть ДНК-аптамеры, запрограммированные на связывание с молекулярной мишенью — спайковым белком коронавируса. Запястьем рука крепится к поверхности или другой более крупной молекуле.
Для создания теста на COVID-19 команда Вана объединилась с группой во главе с профессором электротехники и компьютерной инженерии из Иллинойса Брайаном Каннингемом, который специализируется на биосенсорике. Они соединили NanoGripper с фотонно-кристаллическим датчиком.
«Наш тест очень быстрый и простой, потому что мы обнаруживаем неповрежденный вирус напрямую. Когда он находится в руке NanoGripper, флуоресцентная молекула активируется и испускает свет при освещении светодиодом или лазером. Когда большое количество флуоресцентных молекул концентрируется на одном вирусе, он становится достаточно ярким для обнаружения, чтобы заметить каждый вирус по отдельности», — рассказал Каннингем.
NanoGripper может применяться в профилактической медицине. Как показали эксперименты, когда таких нанозахватов много, они оборачивают вирусные частицы и не дают им присоединиться к рецепторам на поверхности клеток, предотвращая таким образом заражение.
«Сложно применять его после того, как человек заразился, но можно использовать его в качестве профилактического терапевтического средства. Мы можем сделать противовирусный назальный спрей. Нос — это очаг респираторных вирусов вроде COVID или гриппа. Назальный спрей с NanoGripper мог бы предотвратить взаимодействие вдыхаемых вирусов с клетками в носу», — отметил Ван.
NanoGripper легко перепроектируется для борьбы с другими вирусами — такими как грипп, ВИЧ или гепатит В. Кроме того, можно использовать наноруку для целевой доставки лекарств. Например, пальцы можно запрограммировать на определение конкретных маркеров рака, а захваты могут доставлять противораковые препараты непосредственно к целевым клеткам.
«Этот подход имеет больший потенциал, чем несколько примеров, которые мы продемонстрировали в этой работе», — заключил Син Ван.