Basler Forscher bauen wiederverwendbaren Nanoroboter mit DNA-Klettverschluss

Forscher der Universität Basel in der Schweiz haben einen modularen Nanoroboter entwickelt, der komplementäre DNA-Stränge nutzt, um seine Komponenten autonom zusammenzufügen – ein Design, das sie mit einer Miniatur-Mondrakete vergleichen. Das System, dessen Ergebnisse in Advanced Functional Materials veröffentlicht wurden, reduzierte die Lebensfähigkeit von Krebszellen in Labortests innerhalb von 72 Stunden auf 16 %.sflorg+2

Eine zweiteilige Maschine

Der Nanoroboter besteht aus einem magnetischen Antriebsmodul und einer Nutzlastkapsel, die durch ein vom Team als „molekularer Klettverschluss“ auf DNA-Basis bezeichnetes System verbunden sind. Komplementäre DNA-Stränge auf beiden Modulen sorgen dafür, dass sie sich programmierbar selbst zusammensetzen und stabil gekoppelt bleiben.sflorg

Die Nutzlastkapsel beherbergt vier nanoskalige Polymer-Vesikel, die die eingekapselten Enzyme schützen. Moleküle können durch Poren eintreten, von den Enzymen verarbeitet werden und ihre Produkte in die Umgebung abgeben. „Frühere Nanoroboter sind oft nur für eine spezifische Aufgabe konzipiert“, sagte Professorin Cornelia Palivan, die die Forschung leitete. „Unser modulares System hingegen kann an verschiedene Anwendungen angepasst werden.“sflorg

Abtötung von Krebszellen im Labor

Das Team testete das System an HeLa-Krebszellen. Ausgestattet mit Docking-Biomolekülen reicherten sich die Nanoroboter auf Zelloberflächen an und produzierten bei Beladung mit den notwendigen Enzymen lokal ein Krebsmedikament. „Das Medikament kann eine konzentrierte lokale Wirkung entfalten, wenn wir unseren Nanoroboter verwenden, um es gezielt auf die Krebszellen auszurichten“, sagte Dr. Voichita Mihali, Erstautorin der Studie.sflorg

Da das Antriebsmodul magnetisch ist, können die Nanoroboter nach Abschluss ihrer Aufgabe zurückgewonnen werden. Die Forscher zeigten, dass sie die Module trennen, die Nutzlastkapseln neu befüllen und sie wieder kombinieren konnten – eine Wiederverwendbarkeitsfunktion mit potenziellem Wert für industrielle Katalyse und Umweltsanierung.youtube+1

Breitere Perspektiven

Die Arbeit wurde im Rahmen des Schweizer Nationalen Forschungsschwerpunkts Molecular Systems Engineering und des Swiss Nanoscience Institute in Zusammenarbeit mit der Universität Heidelberg durchgeführt. Während der Einsatz beim Menschen ein langfristiges Ziel bleibt, kann die Plattform einfach durch Modifizierung der Nutzlastkapsel an verschiedene Bereiche angepasst werden – was sie zu einem vielseitigen Werkzeug für zielgerichtete Medizin, Katalyse und Wasserreinigung macht.myscience+1