Seit mehr als 20 Jahren entwickelt Li-Qun „Andrew“ Gu von der University of Missouri eine Leidenschaft für die Lösung biowissenschaftlicher Probleme durch die Entwicklung hochentwickelter Diagnosewerkzeuge – im Nanomaßstab.
Kürzlich haben Gu, Professor in der Abteilung für Chemie- und Biomedizintechnik und Forscher am Dalton Cardiovaskulären Forschungszentrum, und ein Forscherteam eine neue Methode mithilfe von Nanoporen – einem Loch in Nanometergröße – entwickelt, um Wissenschaftlern dabei zu helfen, ihre Entdeckungen in den Neurowissenschaften und anderen Bereichen voranzutreiben medizinische Anwendungen. Im Kontext beträgt die Dicke eines einzelnen Blattes Papier etwa 100.000 Nanometer.
„Mögliche Anwendungen umfassen die Untersuchung der Strukturen von DNA- und RNA-basierten Krankheiten und Störungen wie COVID-19, HIV und bestimmten Krebsarten, um zu sehen, wie medikamentöse Therapien funktionieren. Oder wir könnten möglicherweise neue niedermolekulare Arzneimittelverbindungen entdecken.“ „kann bei künftigen Arzneimittelentdeckungen verwendet werden“, sagte Gu. „Außerdem könnte das Tool bei der Entwicklung von Sensoren für Neurotransmitter für Studien in der Neurochemie und der Diagnostik neurodegenerativer Erkrankungen hilfreich sein.“
Bei der Technik handelt es sich um Aptamere oder einzelne Stränge von DNA- oder RNA-Molekülen, die selektiv an ein bestimmtes Ziel binden. Dadurch können Forscher genau wissen, was sie mit den Nanoporen erkennen, und untersuchen, wie einzelne Moleküle miteinander interagieren, sagte Kevin Gillis, Mitautor der Studie.
Gillis, Professor und Vorsitzender der Abteilung für Chemie- und Biomedizintechnik und Forscher am Dalton Cardiovaskulären Forschungszentrum, sagte, die Wechselwirkung zwischen einzelnen Molekülen werde durch winzige Ionenströme durch eine Nanopore erfasst.
„Nanoporen können einzelne Moleküle erkennen, weil sie wie ein eingebauter Verstärker sind – die Bindung eines einzelnen Moleküls kann den Fluss von Millionen von Ionen blockieren, die sich durch die Pore bewegen, die den gemessenen Strom erzeugt, und Änderungen im Strom repräsentieren die Bewegung einzelner Moleküle oder.“ Bindung innerhalb von Nanoporen“, sagte er.
Gillis ist erstaunt darüber, wie innovative Forscher wie Gu immer noch neue Wege finden, Nanoporen zu nutzen, um mithilfe der Präzision einzelner Moleküle die Wechselwirkungen kleiner Moleküle besser zu verstehen.
„Dieser Ansatz trägt zu einem wachsenden Forschungsgebiet namens synthetische Biologie bei, das darauf abzielt, die wichtigsten Merkmale des Lebens durch die Replikation der grundlegendsten biologischen Funktionen in synthetischer Form zu reproduzieren“, sagte Gillis. „Das macht es zu einem der wirkungsvollsten Ansätze, um die Grundprinzipien des Lebens zu verstehen.“
„Echtzeitmarkierungsfreie Detektion dynamischer Aptamer-Kleinmolekül-Wechselwirkungen mithilfe eines Nanoporen-Nukleinsäure-Konformationssensors“, wurde in veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
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Rugare G. Chingarande et al., Markierungsfreie Echtzeitdetektion dynamischer Aptamer-Kleinmolekül-Wechselwirkungen mithilfe eines Nanoporen-Nukleinsäure-Konformationssensors, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2108118120