
Pesquisadores identificam sequências ótimas de DNA fita simples (ssDNA) para funcionalizar nanotubos de carbono de parede simples (SWCNT) para melhorar a estabilidade e a segurança. Eles usaram simulação molecular para validar a afinidade de ligação e modelos de aprendizado de máquina para prever a afinidade de ligação entre o ssDNA e os SWCNTs. As construções ssDNA-SWCNT aprimoradas desenvolvidas são candidatas promissoras para o desenvolvimento de dispositivos biomédicos e nanoeletrônica. Crédito: Professor Sanghwa Jeong da Universidade Nacional de Pusan, Coreia
Nanotubos de carbono de parede única (SWCNTs) surgiram como candidatos promissores para aplicações em biotecnologia e nanoeletrônica devido às suas propriedades físicas e químicas excepcionais. Apesar de seu potencial, desafios como insolubilidade e toxicidade têm dificultado seu uso generalizado. Estudos anteriores investigaram diversas estratégias para funcionalizar e modificar as superfícies de SWCNTs para superar esses desafios.
Em um novo estudo, pesquisadores da Universidade Nacional de Pusan, liderados pelo Professor Sanghwa Jeong, Professor Assistente na Escola de Engenharia de Convergência Biomédica, tentaram preencher essa lacuna. Este estudo foi além das técnicas convencionais ao empregar métodos de triagem de alto rendimento para elucidar a relação entre sequências de DNA e suas afinidade de ligação para nanotubos de carbono. Ele se concentrou na otimização da afinidade de ligação e estabilidade dessas construções por meio de design de sequência avançado e simulações de dinâmica molecular.
Este estudo é Publicados em Ciência Avançada.
Discutindo o contexto do estudo, o Dr. Jeong explica: “Pesquisadores têm explorado várias estratégias para projetar superfícies de SWCNT para superar os desafios de aplicações limitadas devido à insolubilidade e potencial toxicidade. Uma abordagem promissora é o uso de DNA fita simples (ssDNA) como um surfactante de envoltório para SWCNTs.”
Os pesquisadores empregaram uma metodologia rigorosa para garantir a caracterização precisa e a otimização de complexos de DNA fita simples (ssDNA)-SWCNT. Inicialmente, uma biblioteca diversificada de ssDNA aleatório de 30 nucleotídeos (nt) passou por rodadas iterativas de triagem para identificar sequências de alta afinidade.
A modelagem computacional, particularmente simulações de dinâmica molecular, forneceu insights sobre a dinâmica estrutural das construções SWCNT. Além disso, os pesquisadores usaram vários modelos de aprendizado de máquina para entender o padrão de sequências que afetam a afinidade de ligação. Eles criaram com sucesso um serviço on-line de livre acesso que prevê a afinidade de ligação de sequências ssDNA a SWCNTs. Essas abordagens integradas não apenas validaram as descobertas experimentais, mas também orientaram o design de construções ssDNA-SWCNT de alto desempenho.
As descobertas revelaram avanços significativos na estabilidade e funcionalidade dos complexos ssDNA-SWCNT. Sequências de ssDNA de alta afinidade de 30 nt, ricas em adenina e citosina, exibiram força de ligação superior, validada por meio de experimentos de deslocamento de surfactante.
As simulações de dinâmica molecular destacaram a formação de ligações de hidrogênio intramoleculares estáveis perto da superfície do SWCNT, ressaltando sua integridade estrutural aprimorada. modelos de aprendizagem de máquina previu efetivamente as afinidades de ligação das sequências de ssDNA, apoiando ainda mais o design das construções personalizadas de ssDNA-SWCNT.
Além disso, o estudo demonstrou melhorias notáveis na resistência desses complexos à degradação enzimática em comparação ao ssDNA livre, tornando-os altamente adequados para aplicações biológicas de longo prazo.
Concluindo, o desenvolvimento de construções ssDNA-SWCNT de alta afinidade marca um avanço significativo na nanobiotecnologia. As características excepcionais dos ssDNA-SWCNTs os tornam candidatos ideais para sistemas de administração de medicamentos específicos para células ou tecidos, bem como para o desenvolvimento de dispositivos nanoeletrônicos de alto desempenho.
Dr. Jeong conclui, “Nosso estudo não só faz uma contribuição substancial para nossa compreensão da interação entre ssDNA e SWCNTs, mas também oferece caminhos práticos para aproveitar essas interações em uma ampla gama de tecnologias avançadas. No futuro, o desenvolvimento de nanomateriais e dispositivos com estabilidade aprimorada mostrará ser promissor em impulsionar a inovação em nanoeletrônica e biotecnologia.”
Mais Informações:
Dakyeon Lee et al, Seleção sistemática de sequências de ssDNA de alta afinidade para nanotubos de carbono, Ciência Avançada (2024). DOI: 10.1002/advs.202308915
Fornecido por
Universidade Nacional de Pusan
Citação: Pesquisadores exploram interação entre DNA de alta afinidade e nanotubos de carbono (2024, 25 de julho) recuperado em 25 de julho de 2024 de https://phys.org/information/2024-07-explore-interplay-high-affinity-dna.html
Este documento está sujeito a direitos autorais. Além de qualquer uso justo para fins de estudo ou pesquisa privada, nenhuma parte pode ser reproduzida sem permissão por escrito. O conteúdo é fornecido apenas para fins informativos.