자가 조립, 자가 수리 및 다른 생체 구조에 스스로 연결할 수 있는 나노튜브로 만든 누출 없는 배관, 이는 언젠가 인체의 표적 세포에 특수 약물, 단백질 및 분자를 전달할 수 있는 나노튜브 네트워크를 만드는 중요한 단계이다.

"이 연구는 자체 조립을 위한 이러한 쉬운 기술을 사용하여 누출되지 않는 나노튜브를 구축하는 것이 실현 가능하다는 것을 매우 강력하게 시사한다. 여기서 분자를 용액에 혼합하고 원하는 구조를 형성하게 둔다."고 Science Advances에 발표된 연구를 공동 주도한 존스 홉킨스의 화학 및 생체 분자 공학 부교수인 Rebecca Schulman은 말한다. "우리의 경우 이 튜브를 다른 끝점에 연결하여 배관과 같은 것을 형성할 수도 있다."

연구팀은 지름이 대략 7나노미터(개미보다 약 200만 배 더 작음)와 길이가 수 미크론, 즉 먼지 입자의 길이에 해당하는 튜브로 작업했다.

이 방법은 DNA 조각을 빌딩 블록으로 용도 변경하여 튜브를 성장 및 수리하는 동시에 특정 구조를 찾아 연결할 수 있도록 하는 확립된 기술을 기반으로 한다.

이전 연구에서는 나노포어라고 하는 유사한 구조를 설계했다. 이러한 디자인은 세포막을 모방하는 실험실에서 자란 지질막을 가로질러 분자의 수송을 제어하는 DNA 나노포어의 능력에 초점을 맞추고 있다.

그러나 나노튜브가 파이프와 같다면 나노포어는 다른 튜브, 탱크 또는 장비에 단독으로 도달할 수 없는 짧은 파이프 피팅과 같다. Schulman의 팀은 이러한 종류의 문제를 해결하기 위해 생체모사 나노기술을 전문으로 한다.

"기공에서 긴 튜브를 구축하면 분자가 챔버나 세포 내부에 분자를 고정하는 막의 구멍을 가로질러 분자가 세포를 떠난 후 어디로 가는지 지시할 수 있다."라고 Schulman은 말한다.

"우리는 나노튜브 고속도로를 따라 분자의 수송을 현실에 가깝게 가져올 수 있는 이전에 만들어진 것보다 훨씬 더 긴 구멍에서 연장된 튜브를 만들 수 있었다."

나노튜브는 서로 다른 이중 나선 사이에 짜여 진 DNA 가닥을 사용하여 형성된다. 그들의 구조는 짜임새에 작은 틈이 있다. 매우 작은 치수 때문에 과학자들은 튜브가 누출 없이 더 먼 거리까지 분자를 운반할 수 있는지 또는 분자가 벽 틈을 통해 미끄러질 수 있는지 여부를 테스트할 수 없었다.

연구를 공동 주도한 존스 홉킨스의 화학 및 생체 분자 공학과 박사 과정 졸업생 Yi Li는 파이프 끝을 막고 수도꼭지를 틀어 물이 새지 않도록 하는 나노 수준의 작업을 수행했다. Yi는 특수 DNA "코르크로 튜브의 끝을 덮고 형광 분자 용액을 통과시켜 누출과 유입 속도를 추적했다.”

튜브의 모양, 생체 분자가 특정 나노 기공에 연결되는 방식, 형광 용액이 얼마나 빨리 흐르는지를 정확하게 측정하여 팀은 튜브가 세포막과 유사한 실험실에서 만든 작은 자루로 분자를 이동시키는 방법을 보여주었다. 빛나는 분자는 낙하산 아래로 물처럼 미끄러졌다.

"이제 우리는 이것을 배관 시스템이라고 부를 수 있다. 왜냐하면 우리는 이러한 채널을 사용하여 훨씬 더 먼 거리에 걸쳐 특정 물질이나 분자의 흐름을 지시하기 때문이다."라고 Li가 말했다. "우리는 밸브 또는 플러그로 작동하여 이 수송을 중지하기 위해 해당 채널에 매우 특이적으로 결합하는 또 다른 DNA 구조를 사용하여 이 흐름을 중지할 시기를 제어할 수 있다."

DNA 나노튜브는 과학자들이 뉴런이 서로 어떻게 상호작용하는지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있다. 연구원들은 또한 암과 같은 질병과 신체의 200가지가 넘는 유형의 세포 기능을 연구하는 데 사용할 수 있다. 다음으로 팀은 합성 및 실제 세포뿐만 아니라 다양한 유형의 분자에 대한 추가 연구를 수행할 것이다.

출처: 존스 홉킨스대학/ Roberto Molar Candanosa