Nanoskalige Roboterhand aus DNA könnte zum Nachweis von Viren eingesetzt werden

Eine nanoskalige Roboterhand mit vier biegsamen Fingern kann Objekte wie Goldnanopartikel oder Viren greifen.

Xing Wang an der University of Illinois und seine Kollegen konstruierten die Nanohand mithilfe einer Methode namens DNA-Origami, bei der ein langer, einzelner DNA-Strang durch kürzere DNA-Stücke „zusammengeheftet“ wird, die sich mit spezifischen Sequenzen auf dem längeren Strang paaren. Mit dieser Methode können komplexe Formen erstellt werden, von Karten Amerikas bis hin zu rotierenden Nanoturbinen.

Die vier Finger der Nanohand sind zu einer „Handfläche“ verbunden und bilden bei geöffneter Hand eine Kreuzform. Jeder Finger ist nur 71 Nanometer lang (ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter) und hat drei Gelenke, wie ein menschlicher Finger.

Die Forscher führten eine Reihe von Experimenten durch, um zu zeigen, wofür die Hände verwendet werden könnten. Um die Greiffähigkeit zu demonstrieren, fügten sie Streifen komplementärer DNA zu Goldpartikeln mit einem Durchmesser zwischen 50 und 100 Nanometern hinzu und konnten diese mit den Fingern greifen.

In einem anderen Test nahmen sie die Finger und fügten zusätzliche DNA-Stücke hinzu, die an das Spike-Protein des SARS-CoV-2-Virus binden. Die Nanohände konnten dann Viren „greifen“ und diejenigen, die ergriffen worden waren, waren nicht in der Lage, in einer Kultur wachsende Zellen zu infizieren.

Wang und seine Kollegen haben auch Nanohände so konstruiert, dass sie fluoreszieren, wenn sie an ein bestimmtes Virus binden, was bei der Erkennung solcher Infektionserreger helfen könnte. Sie untersuchen nun, ob die Geräte genutzt werden könnten, um Medikamente in Zellen zu schleusen, sagt Wang.

Ein Vorteil der Nanohände für solche Anwendungen besteht darin, dass normale DNA durch Enzyme im Blut schnell abgebaut wird, DNA-Origami-Strukturen jedoch stabiler sind. Sie können ihre Lebensdauer auch verlängern, indem man ultraviolettes Licht verwendet, um zusätzliche Bindungen zwischen den Strängen herzustellen, oder indem man sie mit bestimmten Polymeren überzieht, sagt Wang.

„Wir haben schon vor einiger Zeit mit Tierversuchen begonnen, allerdings mit unterschiedlichen DNA-Nanostrukturen“, sagt er.

„Das Design sieht wirklich einzigartig aus und könnte andere inspirieren“, sagt Matthew Aquilina an der University of Edinburgh, Großbritannien.