В недавнем исследовании исследователи из Пусанского национального университета во главе с профессором Санхва Джонгом, доцентом Школы биомедицинской конвергентной инженерии, попытались восполнить этот пробел. Это исследование вышло за рамки традиционных методов, применив высокопроизводительные методы скрининга для выяснения взаимосвязи между последовательностями ДНК и их сродством к связыванию с углеродными нанотрубками. Оно было направлено на оптимизацию сродства к связыванию и стабильности этих конструкций с помощью усовершенствованного проектирования последовательностей и моделирования молекулярной динамики. Это недавнее исследование было опубликовано в журнале journal of Передовая наука на 25^th Июнь 2024 года. Обсуждая предпосылки своего исследования, доктор Чонг объясняет: "Исследователи изучают различные стратегии создания поверхностей из ОУНТ, чтобы преодолеть трудности, связанные с ограниченным применением из-за нерастворимости и потенциальной токсичности. Одним из многообещающих подходов является использование одноцепочечной ДНК (оцДНК) в качестве поверхностно-активного вещества для ОУНТ."

Исследователи использовали строгую методологию, чтобы обеспечить точную характеристику и оптимизацию комплексов одноцепочечной ДНК (оцДНК) и ОУНТ. Первоначально разнообразная библиотека оцДНК, состоящая из 30 нуклеотидов (nt), подвергалась многократному скринингу для выявления высокоаффинных последовательностей.

Компьютерное моделирование, в частности моделирование молекулярной динамики, позволило получить представление о структурной динамике конструкций из ОУНТ. Кроме того, исследователи использовали несколько моделей машинного обучения, чтобы понять структуру последовательностей, которые влияют на сродство к связыванию. Они успешно создали доступный онлайн-сервис, который предсказывает аффинность связывания последовательностей оцДНК с ОУНТ. Эти интегрированные подходы не только подтвердили экспериментальные результаты, но и послужили основой для разработки высокопроизводительных конструкций оцДНК-ОУНТ.

Полученные результаты показали значительные улучшения в стабильности и функциональности комплексов оцДНК-ОУНТ. Высокоаффинные последовательности оцДНК длиной 30 нт, богатые аденином и цитозином, продемонстрировали превосходную прочность связывания, подтвержденную экспериментами по вытеснению поверхностно-активных веществ. Моделирование молекулярной динамики показало образование стабильных внутримолекулярных водородных связей вблизи поверхности ОУНТ, что подчеркивает их повышенную структурную целостность. Модели машинного обучения эффективно предсказывали сродство связывания последовательностей оцДНК, что еще больше способствовало разработке специализированных конструкций оцДНК-SWCNT.

Более того, исследование продемонстрировало заметное повышение устойчивости этих комплексов к ферментативной деградации по сравнению со свободной оцДНК, что делает их в высшей степени пригодными для долгосрочного биологического применения.

В заключение, разработка высокоаффинных конструкций оцДНК-ОУНТ знаменует собой значительный прогресс в нанобиотехнологии. Исключительные характеристики ОУНТ на основе оцДНК делают их идеальными кандидатами для создания систем доставки лекарств, специфичных для клеток или тканей, а также для разработки высокопроизводительных наноэлектронных устройств.

Доктор Джонг заключает: "Наше исследование не только вносит существенный вклад в наше понимание взаимодействия между твердотельной ДНК и ОУНТ, но и предлагает практические пути использования этих взаимодействий в широком спектре передовых технологий. В будущем разработка наноматериалов и устройств с повышенной стабильностью станет перспективным направлением для внедрения инноваций в наноэлектронике и биотехнологиях".