Nanotechnologijos

DNR origami
Paprasta sintezė gali suteikti nanoskalės dizainą masėms.

Šaltinis: Sulankstoma DNR siekiant sukurti nanomastelio formas ir raštus
P. W. K. Rothemundas
Gamta 440 (7082): 297-302

Ši istorija buvo mūsų 2006 m. gegužės mėn. numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Rezultatai: Paul Rothmund, Caltech kompiuterių mokslininkas, sukūrė paprastą techniką, leidžiančią iš DNR sukurti bet kokios formos ar modelio dvimates nanometrinio masto struktūras. Iki šiol jis, be kita ko, sukūrė šypsenėlių veidus, raides DNR ir Vakarų pusrutulio žemėlapį. Šios struktūros taip pat gali būti derinamos, kad būtų sudarytos didesnės formos. Kadangi formos savaime susirenka tirpale, vienu metu jų galima pagaminti milijardus.

Kodėl tai svarbu: DNR yra universali nanoskalės struktūrų žaliava. Tačiau ankstesni DNR kaip nano statybinio bloko naudojimo metodai buvo lėti, imlūs darbui ir brangūs, todėl juos buvo galima naudoti tik keliose laboratorijose. Naujoji technika yra pakankamai paprasta ir nebrangi, kad ją būtų galima plačiai naudoti, sako Rothemundas. Kadangi su DNR gali būti susietos įvairios molekulės ir nanodalelės, ši technika galėtų būti būdas greitai sumodeliuoti tokias įvairias molekules kaip baltymai ir anglies nanovamzdeliai, o tai gali lemti smulkmeniškus elektroninius prietaisus ar nanodaleles, skirtas ląstelėms tirti precedento neturinčiu detalumo lygiu.

Metodai: Rothemundas pradeda nuo tirpalo, kuriame yra ilgos DNR grandinės su žinoma seka. Tada jis prideda šimtus skirtingų trumpų segtukų gijų, kurių kiekviena turi seką, skirtą prisitvirtinti prie dviejų ar trijų konkrečių ilgos gijos dalių. Kai kabės susijungia, jos sutraukia šias dalis, todėl ilga sruogelė susilanksto į norimą formą.

Kitas žingsnis: Naudojant elektronikos gamybos techniką, reikės išrasti tranzistoriaus nanoskalės ekvivalentą. Be to, kadangi bet koks savarankiško surinkimo procesas yra linkęs į klaidas, inžinieriai turės sukurti gedimams atsparias kompiuterių architektūras. Biologinėms reikmėms, pvz., jutikliams, kurie nustato baltymų rūšis konkrečioje ląstelėje, tyrėjai turės rasti patikimą būdą, kaip nuskaityti signalus, perduodamus nedidelių prietaisų. Rothmundas tikisi, kad geriausi naujosios technikos pritaikymai dar neįsivaizduojami.

Nervų mezgimas kartu
Nanopluoštai leidžia pažeistiems smegenų ir stuburo audiniams atsistatyti.

Šaltinis: Nano Neuro Knitting: Peptidinis nanopluošto karkasas, skirtas smegenų atstatymui ir aksonų regeneracijai su funkciniu regėjimo atkūrimu
Rutledge Ellis-Behnke ir kt.
Nacionalinės mokslų akademijos darbai 103 (13): 5054-5059

Rezultatai: Naudodami savaime besirenkančias nanomedžiagas, MIT tyrėjai atkūrė smegenų pažeistų graužikų regėjimą. Perpjovę žiurkėnų smegenų struktūrą, reikalingą regėjimui, neuromokslininkas Rutledge'as Ellis-Behnke ir jo kolegos suleido gyvūnams tirpalą, kuriame yra trumpų aminorūgščių grandinių, vadinamų peptidais, kurie, kai liečiasi su smegenų skysčiais, susirenka į nanoskalės skaidulas. Susidaręs skaidulų tinklelis užpildo pjūvio paliktą plyšį ir neleidžia susidaryti rando audiniui, taip leisdamas neuronams ataugti ir atkurti signalų prieš sužalojimą kelius. Septyniasdešimt penki procentai suaugusių žiurkėnų, gydytų šia technika, atgavo pakankamai regėjimo, kad galėtų aptikti maistą ir pasukti jo link.

Kodėl tai svarbu: Nugaros smegenų ir smegenų sužalojimai dėl nelaimingų atsitikimų, insultų ir ligų paveikia milijonus amerikiečių; daugelis šių žmonių niekada neatgauna prarastų gebėjimų ir funkcijų, daugiausia dėl to, kad randų audinys ir slopinančios cheminės medžiagos neleidžia pažeistiems audiniams išgydyti. Atrodo, kad bent jau trumpais atstumais eksperimentinė nanomedžiaga įveikia šias nervinio audinio problemas. Nanomedžiaga leidžia nervinėms ląstelėms augti ir atkurti ryšius, o tai gali atkurti pacientų prarastus gebėjimus vaikščioti ar kalbėti, net jei atliekant šiuos eksperimentus ji atkūrė regėjimą.

Metodai: Atskiruose eksperimentuose su jaunais ir suaugusiais žiurkėnais tyrėjai perpjovė smegenų struktūrą, vadinamą optiniu takeliu, kuris perduoda vaizdinius signalus ir taip apakino žiurkėnus viena akimi. Netrukus po pjūvio, kontroliniai gyvūnai gavo fiziologinio tirpalo injekciją sužalojimo vietoje, o bandomieji gyvūnai gavo peptidų injekciją. Tada tyrėjai išbandė gyvūnų gebėjimą matyti saulėgrąžų sėklas ir pasisukti jas, o po to, kai juos užmigdė, ištyrė jų smegenų audinį, kad išmatuotų neuronų ataugimą.

Kitas žingsnis: Jei tyrimai su dideliais gyvūnais bus sėkmingi, gydymas žmonėms galėtų būti išbandytas po trejų metų. Tuo tarpu mokslininkai kuria būdus, kaip pagreitinti nervų ataugimą, siekdami vėl sujungti nutolusias galvos ir nugaros smegenų sritis, kurias skiria didesni sužalojimai.

paslėpti