K detekci a potenciální inhibici virových infekcí dosud vědcům chyběl účinný nástroj. To však nyní zřejmě změní tak zvaný DNA NanoGripper, nanorobotická ruka, která je schopna účinné zachycovat objekty v nanometrovém měřítku.
Úspěšně testována byla na viru SARS-CoV-2, který vyvolává covid-19. Umí ho rozpoznat a do budoucna ho snad bude schopná i zastavit dříve, než se nemoc rozvine..
DNA již dříve prokázala, že je ideálním materiálem pro konstrukci všestranných nanorobotů pro biomedicínské aplikace. Vzniklo několik struktur, které ale postrádaly obratnost k uchopení jednotlivých virových částic.
To nyní změnil DNA NanoGripper, nanorobotická ruka, za kterou stojí výzkumníci z University of Illinois Urbana – Champaign. Při její konstrukci se inspirovali úchopovou schopností lidské ruky, případně ptačích pařátů.
DNA NanoGripper disponuje čtyřmi ohebnými prsty s klouby a dlaní. Vše je přitom složené z jediného kusu DNA, struktura tak napodobuje origami, japonské umění skládání rozličných motivů z papíru. Každý prst má tři klouby, stejně jako lidský prst, a má i podobnou pohyblivost.
Za vývojem robotické ruky stojí tým vedený Xingem Wangem, profesorem bioinženýrství a chemie na University of Illinois. „Chtěli jsme vyrobit robota z měkkého materiálu, v nanorozměrech a s uchopovacími funkcemi, jež nebyly nikdy předtím viděny, který by byl schopen interagovat s buňkami, viry a dalšími molekulami pro biomedicínské aplikace,“ říká k tomu Wang.
Umí detekovat koronavirus
Vědci využili DNA pro její strukturální vlastnosti, je silná, flexibilní a programovatelná. Avšak její skládání jako origami je z hlediska designu nové. „Skládáme jeden dlouhý řetězec DNA tam a zpět, abychom vytvořili všechny prvky, statické i pohyblivé, v jednom kroku,“ vysvětluje Wang.
Prsty obsahují oblasti zvané DNA aptamery, které jsou speciálně naprogramované tak, aby se vázaly na molekulární cíle. Konkrétně v případě viru SARS-CoV-2 kolem spike proteinu viru. Prsty se ohnou, aby virus obalily.
Aby byl DNA NanoGripper schopen detekovat konkrétně vir stojící za covidem-19, spojil se tým profesora Wanga se skupinou vedenou profesorem elektrotechniky a počítačového inženýrství z Illinois Brianem Cunninghamem, který se specializuje na biologické snímání.
Cunningham objasňuje princip fungování: „Když je virus držen NanoGripperem, spustí se fluorescenční molekula, která uvolní světlo při osvětlení LED diodou nebo laserem. Velké množství fluorescenčních molekul umožní detekčnímu systému počítat každý virus jednotlivě.“.
Prevence nemocí
Nanorobotická ruka je tak schopna identifikovat nákazu covidem-19 stejně spolehlivě jako PCR test. Profesor Wang nicméně věří, že kromě diagnostiky virové infekce byl mohl být NanoGripper aplikován i v preventivní medicíně, mohl by blokovat vstup virů do těla a zabránit jim v infikování buněk.
„Aplikace poté, co již byl člověk infikován, by byla obtížná, využít bychom ho však mohli v preventivní terapii,“ domnívá se Wang. „Mohli bychom vyrobit antivirový nosní sprej.“.
Nos je oblíbeným místem vstupu do těla pro respirační viry, jako je COVID nebo chřipka. „Nosní sprej s NanoGripperem by mohl zabránit vdechovaným virům v interakci s buňkami v nose,“ myslí si Wang. Navíc by snadno mohl být navržen tak, aby cílil i na jiné viry, jako je chřipka, HIV nebo hepatitida B. Využit by mohl být i pro cílené podávání léků.
Prsty by do budoucna mohly být naprogramovány tak, aby identifikovaly specifické markery rakoviny, v dlani by se pak skrýval lék, který by byl přenášen přímo do cílových buněk.
