نحوه تعامل نانوساختار‌های DNA با غشا‌های لیپیدی سلول کشف شد!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،پژوهشگران مؤسسه علوم توکیو موفق شده‌اند با استفاده از فناوری پیشرفته QCM-D جزئیاتی بی‌سابقه از نحوه تعامل نانوساختار‌های DNA با غشا‌های لیپیدی سلول را آشکار کنند. این یافته‌ها می‌توانند کاربرد‌های گسترده‌ای در توسعه سلول‌های مصنوعی، سامانه‌های هدفمند رسانش دارو و حسگر‌های زیستی هوشمند داشته باشند.

به گزارش مؤسسه Science Tokyo غشا‌های لیپیدی لایه‌های نازک و انعطاف‌پذیری هستند که سلول‌ها را احاطه کرده‌اند. این غشا‌ها را می‌توان برای اهداف درمانی و زیستی مهندسی کرد؛ به‌عنوان مثال، با تنظیم نفوذپذیری غشا یا افزودن مولکول‌های سیگنال‌دهنده می‌توان اثربخشی رسانش دارو‌ها را افزایش داد.

در سال‌های اخیر، نانوساختار‌های DNA به‌عنوان ابزار‌هایی نوظهور در این حوزه مطرح شده‌اند. این ساختار‌ها که با افزودن گروه‌های آب‌گریز نظیر کلسترول قابلیت لنگرگیری در درون غشای لیپیدی را می‌یابند، می‌توانند ویژگی‌های مکانیکی و عملکردی غشا را دگرگون سازند.

در مطالعه‌ای که ۱۵ آوریل ۲۰۲۵ در نشریه Nanoscale منتشر شد، تیمی از پژوهشگران به سرپرستی توموهیرو هایاشی و همکاری دانشجوی دکتری زوگویی پنگ و تورو یاگی، برای نخستین بار از فناوری میکروترازو با پایش اتلاف انرژی (QCM-D) برای رصد این تعاملات استفاده کردند.

QCM-D به محققان اجازه می‌دهد تا با دقت بالا، تغییرات جرم و خواص ویسکوالاستیک (چسبندگی و کشسانی) لایه‌های مولکولی جذب‌شده روی سطح را اندازه‌گیری کنند؛ اطلاعاتی که از روش‌های نوری متداول قابل استخراج نیست.

رفتار متفاوت نانوحفره‌های DNA با یک یا سه لنگر کلسترولی

در این تحقیق، رفتار دو نوع نانوحفره DNA (DNP) بررسی شد:

DNP-۱ C با یک گروه کلسترول

DNP-۳ C با سه گروه کلسترول

هر دو نوع به‌سرعت به غشا‌های مدل متصل شدند، اما رفتار بلندمدت آنها تفاوت فاحشی داشت. DNP-۱ C یک لایه نرم و پایدار روی سطح غشا ایجاد کرد، در حالی که DNP-۳ C با گذشت زمان به‌تدریج متراکم و سخت شد و همزمان به آرامی وارد لایه لیپیدی غشا شد.

پژوهشگران دریافتند که فرآیند ادغام DNP-۳ C با غشا بیش از ۱۰ ساعت ادامه می‌یابد؛ پدیده‌ای که به‌نظر می‌رسد به برهم‌کنش گروه‌های کلسترول آزاد با نانوحفره‌های شناور مرتبط باشد. این برهم‌کنش‌ها سبب خوشه‌بندی و تسهیل ادغام تدریجی ساختار‌های DNA در غشا می‌شود.

یکی دیگر از نتایج جالب این تحقیق، نقش ترکیب بستر پشتیبان غشا بود. غشا‌هایی که روی سطح پوشیده از پلی‌اتیلن‌گلایکول (PEG) قرار داشتند، ادغام سریع‌تری از DNP-۳ C نشان دادند، در حالی که بستر‌های سیلیکون‌اکسید (SiO₂) با بار منفی و فاصله کمتر از غشا، مانع این ادغام شدند.

به‌گفته هایاشی، این مطالعه نخستین کاربرد QCM-D در بررسی نانوساختار‌های DNA بر بستر غشا‌های لیپیدی است و راه را برای درک بهتر تعاملات پیچیده میان نانو و زیست‌مولکول‌ها هموار می‌سازد.

این یافته‌ها می‌توانند توسعه نسل جدیدی از سامانه‌های زیست‌فناورانه را شتاب ببخشند؛ از جمله:

سلول‌های مصنوعی با قابلیت‌های تعریف‌شده زیستی

نانوحسگر‌های هوشمند برای تشخیص بیماری در لحظه

ناقل‌های هدفمند دارو با دقت بالا در بافت هدف