Учёные создали ДНК-наноконденсаты, имитирующие живые системы

Автор: JACS Au (2025). DOI: 10.1021/jacsau.5c00421

Исследователи из Токийского института науки и Университета Тюо разработали ДНК-наноконструкции, способные формировать гибкие, текучие и чувствительные к внешним воздействиям конденсаты без химического сшивания. Результаты опубликованы в журнале JACS Au.

Благодаря жёсткой тетраэдрической структуре, соединяющей звенья в определённом направлении, полученные нитевидные структуры образуют конденсаты с исключительной текучестью и стабильностью. Это открывает путь к созданию адаптивных мягких материалов для доставки лекарств, искусственных органелл и биоинженерных платформ.

В живых клетках некоторые биомолекулы могут самоорганизовываться в специализированные компартменты — биомолекулярные конденсаты. Эти каплевидные структуры играют ключевую роль в клеточных функциях, таких как регуляция экспрессии генов и биохимических реакций.

Учёные активно работают над созданием искусственных аналогов таких конденсатов с использованием ДНК-нанотехнологий, поскольку программируемость ДНК делает её идеальным строительным материалом для синтетических биологических систем.

Команда под руководством профессора Масахиро Такиноуэ из Токийского института науки разработала жёсткие трёхмерные тетраэдрические ДНК-наноконструкции, которые соединяются в определённом направлении, образуя нитевидные сборки. В отличие от гибких Х-образных ДНК-мотивов, используемых ранее, эти структуры сохраняют жёсткость при соединении, формируя длинные цепи.

Ключевая инновация — способ взаимодействия этих цепей: вместо химического сшивания они образуют конденсаты за счёт физического переплетения. Эксперименты показали, что такие конденсаты демонстрируют исключительную гибкость и стабильность — их можно растягивать в волокнистые структуры без разрушения.

«Наблюдаемый баланс гибкости и стабильности позволяет конденсатам проникать и адаптироваться к неправильным тканевым структурам, что делает их перспективными для доставки лекарств», — поясняет Такиноуэ.

Учёные также продемонстрировали управление конденсатами с помощью ультрафиолета и температуры. Встроенные фоторасщепляемые спейсеры позволяют разрушать конденсаты УФ-излучением, высвобождая отдельные ДНК-наноконструкции, способные проникать в клетки.

«Наши анизотропные тетраэдрические ДНК-конденсаты представляют собой перспективный мягкий материал с широким спектром применений в биоинженерии и искусственных клеточных системах», — заключает Такиноуэ.

Дальнейшие исследования могут привести к созданию новых молекулярных устройств, систем доставки лекарств и искусственных органелл, более точно имитирующих сложную организацию живых клеток.

Подробнее: Hong Xuan Chai et al, DNA Condensates via Entanglement of String-like Structures Based on Anisotropic Nanotetrahedra, JACS Au (2025). DOI: 10.1021/jacsau.5c00421