单链折纸技术推动药物输送系统和药物纳米工厂的发展

纳米技术人员正在使用DNA(存在于生物体中的遗传物质)及其多功能表亲RNA作为原材料，以努力构建微型设备，这些设备有可能充当药物输送工具，用于生产药品和化学药品的微型纳米工厂，或电气和光学技术中高度敏感的元素。

像自然界中的基因DNA(和RNA)一样，这些经过工程设计的纳米技术设备也由链组成，这些链由简写为A，C，T和G的四个碱基组成。这些链中的区域可以自发折叠并结合通过短互补碱基序列彼此互补，其中一个序列中的As与另一序列中的Ts特异性结合，Cs与Gs特异性结合。Wyss生物启发工程研究所和其他机构的研究人员已使用这些功能来设计自组装纳米结构，例如脚手架DNA折纸和具有不断增长的尺寸和复杂性的DNA砖，这些结构对于各种应用都变得有用。但是，将这些结构转换为医疗和工业应用仍面临挑战，部分原因是由于缺少机架，这些多链系统易于出现局部缺陷。此外，它们可自组装成数百至数千个单独的DNA序列，每个序列都需要进行验证和测试才能用于高精度应用，并且其昂贵的合成过程通常会产生不需要的副产物。

现在，由来自Wyss研究所，亚利桑那州立大学和Autodesk的研究人员合作在《科学》杂志上发表的新颖方法首次使复杂的单链DNA和RNA折纸的设计得以实现，这些折纸可以自动折叠成各种不同的，稳定的，用户定义的结构。与多链纳米结构的合成相反，这些全新的折纸类型是从一条单链折叠而成的，可以在活细胞中复制，从而可以大规模，高纯度地进行潜在的低成本生产，从而开辟了全新的局面药物输送和纳米加工等各种应用的机会。

较早的较大尺寸的折纸由中央脚手架线组成，其折叠和稳定性需要两百多条短钉短线来桥接脚手架的远处并将其固定在空间中。Wyss研究所核心教员和通讯作者彭寅博士说：“与由数百种组件组装而成的传统脚手架折纸相比，我们的新方法使我们能够可靠地设计和合成稳定的单链和自折叠折纸。” .D。“我们的根本性新方法依靠单链折叠而不是多组分组装来产生大的纳米结构。这与在细菌中基本克隆和繁殖单组分链的能力结合在一起，

为了首先能够生产具有不同折叠模式的单链且稳定的基于DNA的折纸，该团队必须克服一些挑战。在经历复杂折叠过程的大DNA链中，许多序列需要与彼此远离的序列精确配对。如果此过程没有以有序和精确的方式进行，则该线束会纠结并在沿途形成不特定的结，从而使其失去作用。“为避免此问题，我们确定了新的设计规则，可用于在不同双链区域之间交叉DNA链，并开发了基于网络的自动化设计工具，该工具可让研究人员将许多此类事件整合到一条折叠路径中，从而大型无结纳米复合物，”该研究的韩东然博士说。

先前创建的最大的DNA折纸结构是通过在体外分别合成所有组成序列并将它们混合在一起而组装而成的。作为新设计过程的关键特征，DNA折纸的单链性使研究人员能够将DNA序列稳定地引入大肠杆菌中，从而在每次细胞分裂中廉价且准确地复制它们。汉说：“例如，这可以大大促进单链折纸为高精度纳米技术(如药物输送媒介)的发展，因为仅需验证和批准一个易于生产的分子。”

最后，研究小组还使单链折纸技术适应了RNA，作为一种不同的核酸材料，它提供了某些优势，包括例如更高的细菌生产水平，以及对潜在的细胞内和治疗性RNA应用的实用性。将方法转换为RNA还可将合成RNA结构的大小和复杂性扩大到与以前由RNA制造的结构相比的10倍。

他们的概念验证分析还证明，突出的DNA环可以精确定位，并可用作功能蛋白附着的手柄。因此，在未来的发展中，单链折纸可能会通过将酶，荧光探针，金属颗粒或药物附着在其表面或内部空腔中而潜在地功能化。这可以有效地将单链折纸转换成纳米工厂，光敏和发射光学设备或药物输送工具。

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