最迷你的井字遊戲 幫助 DNA 奈米機器人更進化

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奈米醫學為一門透過奈米科技幫助癌症、罕見疾病的診斷與治療的學問。科學家期望透過 DNA 摺紙技術(origami)來運送藥物,治療複雜性疾病。今年二月,亞利桑那州立大學研究團隊與中國科學院國家奈米科學中心研究團隊攜手研發出能自我組裝的長方形 DNA 摺紙機器人,遞送凝血酶來切斷腫瘤環境的血液供應,治療癌細胞。

近日,加州理工學院研究團隊結合區塊建造和自我組裝技術,來重新編程複雜 DNA 奈米結構之間的動態相互作用,進而製作了一個微觀的井字遊戲,玩家通過在井字上添加特殊的 DNA 貼片來放置他們的 X 和 O。其中每一步都涉及分子自我重構,可以同時交換數百條 DNA 鏈。該研究刊登於《Nature Communications》。

上述二種技術都利用 DNA 的能力通過其分子的排列進行編程。每條 DNA 鏈由骨架和腺嘌呤(A)、鳥糞嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)等四種鹼基組成,以任何順序排列,其順序代表可由細胞使用的訊息,或者在該情況下由工程奈米機器使用。此外A、T、C 和 G 等鹼基具有與其對應物配對的自然趨勢,例如,ATTAGCA 將要與 TAATCGT 配對。然而,序列也可以與部分匹配的序列配對。如果將 ATTAGCA 和 TAATACC 放在一起,它們的 ATTA 和 TAAT 部分將成對,並且不匹配的 GCA 和 ACC 部分會從二端懸掛下來。因此,若二條鏈彼此相互補充越緊密,彼此吸引的越多,它們的結合就越強烈。該研究團隊也研發出具有位移能力的自我組裝板磚,使得板磚能在結構中找到它們的指定點,然後踢出已經佔據該位置的板磚。

為了開始這個井字遊戲,他們也在試管中混合了空白板磚的解決方案。一旦電路板自行組裝,玩家就會輪流添加 X 板磚或 O 板磚。由於它們是由可編程的 DNA 製成的 ,因此瓷磚被設計成滑入板上的特定位置,取代那裡的空白板磚。該遊戲共進行六天,玩家 X 獲得了勝利。

對此,該研究作者 Grigory Tikhomirov 表示,井字遊戲並不是真正的重點,他們的目標是利用該技術開發奈米機器人,並且進行修改或修復。

總結以上,該技術可望提升了奈米機器人於藥物設計的準確率和標靶癌症治療的成功率。

延伸閱讀:斷血流奈米機器人 殺癌於無形

參考資料:
1. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-07805-7
2. https://www.nature.com/articles/nbt.4071
3. http://www.caltech.edu/news/researchers-make-worlds-smallest-tic-tac-toe-game-board-dna-84691

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