Le immagini SEM mostrano l'effetto della sequenza del DNA e la lunghezza della formazione dei nanofiori del DNA. (A) dNTP (100 mM), (B) DNA ricco di adenina (0,25 mM), (C) ssDNA ricco di timina (0,25 mM), (D) ssDNA ricco di guanina (0,25 mM), (E) ssDNA ricco di citosina (0,25 mM), (F) dsDNA AT (51 bp; 0,25 mM), (G) GC dsDNA (51 bp; 0,25 mM), (H) amplicone PCR (200 bp; 600 nM), (I) DNA plasmidico (5420 bp; 20 nM), e (J) DNA genomico (4857 kbp; 10 pM). Attestazione:KAIST
Un metodo ecologico per sintetizzare nanofiori DNA-rame con elevate efficienze di carico, bassa citotossicità, e una forte resistenza alle nucleasi è stata sviluppata dal Professor Hyun Gyu Park del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare e dai suoi collaboratori.
Il team di ricerca ha formato con successo una nanostruttura a forma di fiore in condizioni ecocompatibili utilizzando interazioni tra ioni di rame e DNA contenente gruppi ammidici e amminici. I nanofiori risultanti mostrano elevate capacità di carico del DNA oltre a una bassa citotossicità.
I nanocristalli a forma di fiore chiamati nanofiori hanno attirato l'attenzione per le loro caratteristiche distintive di elevata rugosità superficiale e rapporti tra superficie e volume elevati. I nanofiori sono stati utilizzati in molte aree tra cui catalisi, elettronica, e chimica analitica.
Di recente, sono state fatte scoperte di ricerca nella generazione di nanofiori ibridi inorganici-organici contenenti vari enzimi come componenti organici. L'ibridazione con materiali inorganici ha notevolmente potenziato l'attività enzimatica, stabilità, e durata rispetto ai corrispondenti enzimi liberi.
In genere, la formazione di nanocristalli proteici richiede un trattamento termico elevato, quindi presenta limitazioni per il raggiungimento delle elevate capacità di carico del DNA intatto.
Il gruppo di ricerca ha affrontato il problema, concentrandosi sul fatto che gli acidi nucleici con strutture ben definite e proprietà di riconoscimento selettivo contengono anche gruppi ammidici e amminici nelle loro basi azotate. Hanno dimostrato che strutture simili a fiori potrebbero essere formate utilizzando acidi nucleici come stampo sintetico, che ha aperto la strada alla sintesi dei nanofiori ibridi contenenti DNA come componente organico in condizioni eco-compatibili.
Illustrazione schematica. (A) Illustrazione schematica della formazione di nanofiori DNA-inorganici resistenti alla nucleasi. (B) Immagini SEM che mostrano la crescita dipendente dal tempo del DNA-nanofiore. Attestazione:KAIST
Il team ha anche confermato che questo metodo sintetico può essere applicato universalmente a qualsiasi sequenza di DNA contenente gruppi ammidici e amminici. Hanno affermato che il loro approccio è piuttosto unico considerando che la maggior parte dei lavori precedenti si è concentrata sull'utilizzo del DNA come legante per assemblare i nanomateriali. Hanno detto che il metodo ha diverse caratteristiche vantaggiose. Primo, la procedura sintetica "verde" non comporta sostanze chimiche tossiche, e mostra una bassa citotossicità e una forte resistenza alle nucleasi. Secondo, i nanofiori ottenuti mostrano capacità di caricamento del DNA eccezionalmente elevate.
Soprattutto, tali caratteristiche superiori dei nanofiori ibridi hanno consentito il rilevamento sensibile di varie molecole tra cui fenolo, perossido di idrogeno, e glucosio. I nanofiori di DNA-rame hanno mostrato un'attività della perossidasi ancora più elevata rispetto a quelli dei nanofiori di proteina-rame, che può essere dovuto alla maggiore superficie delle strutture a forma di fiore, creando una maggiore possibilità di applicarli nel campo del rilevamento del rilevamento del perossido di idrogeno.
Il team di ricerca prevede che la loro ricerca creerà diverse applicazioni in molte aree, compresi i biosensori, e sarà ulteriormente applicata in applicazioni terapeutiche.
Il professor Park ha detto, "Il componente inorganico nei nanofiori ibridi non mostra solo una bassa citotossicità, ma protegge anche il DNA incapsulato dall'essere scisso dagli enzimi endonucleasici. Utilizzando questa funzione, la nanostruttura sarà applicata nello sviluppo di vettori terapeutici genici."
