DNA هرمی چیست؟

فهرست مطالب نمایش

مقدمه‌ای بر DNA هرمی چیست؟

DNA هرمی گروهی از نانوساختارهای کوچک و چهار وجهیِ DNA هستند. این ساختارها در مقایسه با DNA خطی، ویژگی‌های متفاوتی دارند که استفاده از آن‌ها را در حسگرها، مدل‌های زیستی و انتقال دارو تسهیل می‌کند.

این امر به دلیل ویژگی‌هایی نظیر گرماپایداری، نفوذ قابل توجه به غشای سلولی و قابلیت تغییر و اتصال است. ظهور اریگامی DNA ساخت آن‌ها را سرعت بخشیده است. این فرآیند شامل یک DNA تک‌رشته‌ای بلند (ssDNA) با ۷۰۰۰ جفت باز همراه با صدها “گیره” کوتاه ssDNA است که می‌تواند رشته بلند را به ساختارهای پیچیده تا کند.

ساخت

یکی از باثبات‌ترین و تثبیت‌شده‌ترین ساختارهای ساخته‌شده با استفاده از DNA، هرم چهار وجهی است. روش‌های زیادی برای ساخت این ساختارها به کار گرفته می‌شود. عناصر مهمی که باید به خاطر داشت قطبیت رشته‌های DNA و توالی‌های مناسب برای ایجاد رأس‌ها هستند. فرایندهای قدیمی‌تر به رشته‌های DNA مصنوعی متکی بودند که تحت شرایط خاصی دستکاری می‌شدند تا هرم‌ها را تشکیل دهند.

یک روش شامل گرم کردن این رشته‌ها در محلول نمکی درست زیر نقطه جوش بود. این فرآیند بسیار مؤثر و سریع است. ثابت شده است که گرماپایدار است و می‌تواند در برابر فشار زیاد مقاومت کند. پیشرفت در نانوتکنولوژی DNA به تکنیک‌های کاربردی اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های بیشتری را به آن‌ها اضافه کنند.

یک تکنیک بر توسعه ساختارهای X-DNA تکیه دارد. این ساختارها به دلیل رشته‌های مکمل روی انتهای چسبنده X-DNA هیبرید شده و لیگات می‌شوند. سپس می‌توان ذرات طلا را با استفاده از فعل و انفعالات الکترواستاتیکی روی هرم‌ها مونتاژ کرد و خاصیت درمانی به آن‌ها بخشید.

برای اتصال وجوه مختلف و در عین حال ایجاد انعطاف‌پذیری کافی برای عمل به عنوان اتصال‌دهنده، اغلب تولید الیگونوکلئوتیدهای تک‌رشته‌ای کوتاه ضروری است. تشکیل DNA هرمی را می‌توان به سرعت با استفاده از ژل الکتروفورز پلی آکریل آمید (PAGE) غیرفعال تأیید کرد که ساختار سه‌بعدی اصلی را حفظ می‌کند.

انتقال دارو

یکی از هیجان‌انگیزترین کاربردهای بالقوه DNA هرمی، فواید درمانی آن به‌عنوان روشی برای انتقال دارو و ژن‌درمانی است. DNA هرمی مزایای زیادی دارد: زیست‌سازگاری بالا، زیست‌تخریب‌پذیری، پایین بودن ایمنی‌زایی، و قابلیت دستکاری آسان برای بهبود اثربخشی. نانوساختارهای DNA هرمی را می‌توان برای اتصال لیگاندهای مبتنی بر نوکلئوتید مانند siRNA، آپتامر و غیره اصلاح کرد. این کار با استفاده از آپتامرهای هدف‌گیری گیرنده سلول‌های سرطانی به دست آمد.

جالب اینجاست که هرم‌های DNA قادر به نفوذ به غشای سلولی هستند؛ این فرآیند در حضور آپتامرها سرعت می‌گیرد. این فرآیند برای ﹃لایه سلولی سرطانی﹄ اختصاصی است و به راحتی در ﹃لایه سلولی غیرسرطانی﹄ تجزیه می‌شود. یک مسئله‌ای که باید به آن پرداخته شود ثبات در بدن است؛ محیط سلولی سرشار از نوکلئازها و سایر اجزای آنزیمی است که می‌تواند اثرات مخربی بر کارآیی DNA هرمی داشته باشد.

DNA هرمی همچنین به عنوان حامل برای انتقال دارو، از جمله داروهای مولکول کوچک و درمان‌های مبتنی بر پپتید عمل می‌کند. داکسی‌روبیسین، یک داروی ضد سرطان، همراه با پپتیدهای نفوذکننده به تومور، آپتامرها یا اسید فولیک روی این نانوساختارها بارگذاری شده است. این کاربرد اثربخشی قابل مقایسه‌ای را در غلظت‌های پایین‌تر، جذب بهبود یافته و رویکردی هدفمندتر نشان داد. این فرآیند همچنین ممکن است بر مقاومت مرتبط با پمپ‌های خروج وابسته به تومور غلبه کند.

داروها را می‌توان به صورت غیرکووالان به ساختار DNA متصل کرد و یا به صورت کووالان به آن پیوند زد. روش دوم می‌تواند انتقال داروی پیش‌ساز را به تومور یا محل اثر تسهیل کند تا عوارض جانبی دارو را کاهش دهد.

نانوساختارهای DNA همچنین می‌توانند راه‌های جدیدی را در مبارزه با مقاومت آنتی‌بیوتیکی ارائه دهند. از آن‌ها برای انتقال GL13K، یک عامل ضدمیکروبی، برای بررسی مهار گونه‌های مختلف میکروبی استفاده شده است. این روش اثر ضدمیکروبی را بهبود بخشید و از تجزیه آن توسط پروتئازها محافظت کرد.

نانوساختارهای DNA بر پایه اسید نوکلئیک ضدحس ساخته شده‌اند که سلول‌های استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متی‌سیلین را هدف قرار می‌دهند. اسید نوکلئیک ضدحس، یک ژن خاص را هدف قرار می‌دهد تا آن را به صورت وابسته به غلظت خاموش کند. چنین درمان‌هایی اختصاصی‌تر هستند، خطر مقاومت را کاهش می‌دهند و تنوع میکروبیوم را حفظ می‌کنند.

حسگرها

ساختارهای DNA هرمی نه تنها می‌توانند داروها را منتقل کنند، بلکه امکان تشخیص اختلالات در فرآیندهای سلولی را نیز فراهم می‌کنند. DNA هرمی آمفی‌دوست اصلاح‌شده کارایی عالی به عنوان لنگر غشای سلولی نشان داده است و برهم‌کنش‌های سلول به سلول را به روشی قابل تنظیم و کنترل‌شده تسهیل می‌کند. این امر برای سیگنالینگ پاراکرین، ایمونولوژی و زیست‌شناسی غشاء حیاتی است.

نانوساختارهای DNA همچنین برای تقلید لیگاندها به منظور درک روابط پیچیده مولکولی بین گیرنده و لیگاند مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این روش برای بررسی چگونگی تأثیر توزیع فضایی افرین-A5 بر سطوح فعال‌سازی گیرنده EphA2 به کار رفته است. همچنین برای بررسی چگونگی تنظیم فعال‌سازی سلول‌های B توسط توزیع آنتی‌ژن به کار گرفته شده است.

این فرآیندها حساسیت بالایی را ارائه می‌دهند. این موضوع در تشخیص انتروتوکسین B استافیلوکوک (SEB) نشان داده شده است. نانوساختار شامل سه کاوشگر تیوله شده، یک کاوشگر کمکی و یک آپتامر علیه SEB است که روی یک الکترود طلا مونتاژ شده است. در صورت عدم وجود SEB، آپتامر در بالای ساختار مونتاژ شده قرار می‌گیرد.

انتقال الکترون به یک ماده شیمیایی، هگزاسیانوفرات، به عنوان کاوشگر عمل می‌کند. این انتقال در صورت عدم وجود SEB مختل می‌شود. با این حال، در صورت وجود SEB، آپتامر به انتروتوکسین متصل می‌شود و ساختار به یک ساختار دوبعدی فرو می‌ریزد. این امر امکان انتقال الکترون به هگزاسیانوفرات را فراهم می‌کند. این فرآیند با روش تشخیص الایزا قابل قیاس است.

فرآیند مشابهی برای تشخیص اکتراتوکسین A در نمونه‌های مواد غذایی و سرم به کار گرفته شده است. یک نانوساختار DNA با یک آپتاسنسور فلورسنت مونتاژ شد. در صورت عدم وجود سم، ساختار دست نخورده باقی می‌ماند و انتشار فلورسانس قوی است. در حضور سم، آپتاسنسور به آن متصل می‌شود و منجر به کاهش انتشار می‌شود.

نتیجه‌گیری

نانوساختارهای DNA هرمی، حامل‌های باثبات و قابل انطباقی برای درمان، مدل‌سازی و تشخیص هستند. آن‌ها مزایای قابل توجهی دارند: باثبات هستند، در دسترس بافت‌های انسانی قرار دارند، به راحتی با مولکول‌های دیگر ترکیب می‌شوند، کمتر ایمنی‌زا هستند و قابل ارتقا می‌باشند. برای بررسی پیامدهای بلندمدت این ساختارها از نظر زیست‌موجودیت، نظارت و تجزیه در بدن، تحقیقات بیشتری لازم است.

همچنین بخوانید:

مترجم: محمد صادق محمودی لرد

منبع

از این مطلب چقدر راضی بودید؟

روی ستاره کلیک کنید تا نظرتون ثبت بشه