Nanotechnologie

DNA-Origamien
Einfache Synthese könnte nanoskaliges Design für die breite Masse bringen.

Quelle: DNA falten, um nanoskalige Formen und Muster zu erzeugen
P. W. K. Rothemund
Natur 440 (7082): 297-302

Im Inneren des Spyware-Skandals

Diese Geschichte war Teil unserer Ausgabe vom Mai 2006



Venus Runaway Treibhauseffekt
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Ergebnisse: Paul Rothemund, ein Caltech-Informatiker, hat eine einfache Technik entwickelt, um zweidimensionale Strukturen im Nanometerbereich beliebiger Form oder Muster aus DNA zu bauen. Bisher hat er unter anderem Smileys, die Buchstaben DNA und eine Karte der westlichen Hemisphäre gemacht. Diese Strukturen können auch zu größeren Formen kombiniert werden. Da sich die Formen in Lösung selbst zusammensetzen, können Milliarden von ihnen auf einmal hergestellt werden.

Warum es wichtig ist: DNA ist ein vielseitiger Rohstoff für nanoskalige Strukturen. Aber frühere Methoden zur Verwendung von DNA als Nanobaustein waren langsam, arbeitsintensiv und teuer, was ihre Verwendung auf eine Handvoll Labors beschränkte. Die neue Technik sei einfach und kostengünstig genug für eine breite Anwendung, sagt Rothemund. Da eine Vielzahl von Molekülen und Nanopartikeln mit DNA verknüpft werden können, könnte die Technik eine Möglichkeit sein, so unterschiedliche Moleküle wie Proteine ​​und Kohlenstoff-Nanoröhrchen schnell zu strukturieren, was möglicherweise zu winzigen elektronischen Geräten oder Nanoarrays für die Untersuchung von Zellen mit einem beispiellosen Detailgrad führen könnte.

Methoden: Rothemund beginnt mit einer Lösung, die lange DNA-Stränge mit bekannter Sequenz enthält. Dann fügt er Hunderte von verschiedenen kurzen Stapelsträngen hinzu, jeder mit einer Sequenz, die so konzipiert ist, dass sie an zwei oder drei spezifischen Abschnitten des langen Strangs greift. Wenn sich die Klammern verbinden, ziehen sie diese Abschnitte zusammen, wodurch sich der lange Strang in die gewünschte Form faltet.

Nächster Schritt: Die Verwendung der Technik zur Herstellung von Elektronik erfordert die Erfindung eines nanoskaligen Äquivalents des Transistors. Da jeder Selbstmontageprozess fehleranfällig ist, müssen Ingenieure außerdem fehlertolerante Computerarchitekturen entwickeln. Für biologische Anwendungen wie Sensoren, die die Art von Proteinen in einer bestimmten Zelle bestimmen, müssen Forscher einen zuverlässigen Weg finden, um die von den winzigen Geräten übertragenen Signale zu lesen. Rothemund geht davon aus, dass die besten Anwendungen der neuen Technik noch nicht vorstellbar sind.

Nerven wieder zusammen stricken
Nanofasern ermöglichen es verletztem Gehirn- und Wirbelsäulengewebe, sich selbst zu reparieren.

Was würden wir tun, wenn ein Asteroid die Erde treffen würde?

Quelle: Nano Neuro Knitting: Peptide Nanofiber Scaffold for Brain Repair and Axon Regeneration with Functional Return of Vision
Rutledge Ellis-Behnke et al.
Proceedings of the National Academy of Sciences 103 (13): 5054-5059

Ergebnisse: Mit selbstorganisierenden Nanomaterialien haben MIT-Forscher das Sehvermögen hirngeschädigter Nagetiere wiederhergestellt. Nachdem sie eine für das Sehen notwendige Struktur im Gehirn von Hamstern durchtrennt hatten, injizierten der Neurowissenschaftler Rutledge Ellis-Behnke und Kollegen den Tieren eine Lösung mit kurzen Aminosäureketten, sogenannten Peptiden, die sich bei Kontakt mit Gehirnflüssigkeiten zu nanoskaligen Fasern zusammenfügen. Das resultierende Fasergeflecht überbrückt die Lücke, die der Schnitt hinterlassen hat, und verhindert die Bildung von Narbengewebe, wodurch Neuronen nachwachsen und die Signalwege vor der Verletzung wiederherstellen können. 75 Prozent der erwachsenen Hamster, die mit der Technik behandelt wurden, erlangten genug Sehkraft, um Nahrung zu erkennen und sich zuzuwenden.

Abstammung 23 und ich

Warum es wichtig ist: Rückenmarks- und Hirnverletzungen durch Unfälle, Schlaganfälle und Krankheiten betreffen Millionen von Amerikanern; viele dieser Menschen erlangen ihre verlorenen Fähigkeiten und Funktionen nie wieder, hauptsächlich weil Narbengewebe und hemmende Chemikalien die Heilung von beschädigtem Gewebe verhindern. Zumindest über kurze Distanzen scheint das experimentelle Nanomaterial diese Probleme im Nervengewebe zu überwinden. Das Nanomaterial ermöglicht das Wachstum von Nervenzellen und die Wiederherstellung von Verbindungen, was die verlorene Fähigkeit menschlicher Patienten zum Gehen oder Sprechen wiederherstellen könnte, auch wenn es in diesen Experimenten das Sehvermögen wiederherstellte.

Methoden: In getrennten Experimenten an jungen und erwachsenen Hamstern durchtrennten die Forscher eine Gehirnstruktur namens Sehspur, die visuelle Signale übermittelt und so die Hamster auf einem Auge blenden. Kurz nachdem der Schnitt vorgenommen wurde, erhielten Kontrolltiere eine Injektion von Kochsalzlösung an der Stelle der Verletzung und Testtiere erhielten eine Injektion der Peptide. Die Forscher testeten die Tiere dann auf ihre Fähigkeit, Sonnenblumenkerne zu sehen und sich ihnen zuzuwenden, und untersuchten nach dem Einschläfern ihr Gehirngewebe, um das Nachwachsen von Neuronen zu messen.

Nächster Schritt: Wenn Großtierstudien gut verlaufen, könnte die Behandlung innerhalb von drei Jahren am Menschen getestet werden. Inzwischen entwickeln die Forscher Wege, um das Nachwachsen von Nerven zu beschleunigen, mit dem Ziel, entfernte Bereiche des Gehirns und des Rückenmarks, die durch größere Verletzungen getrennt sind, wieder zu verbinden.

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