TU/e ontwikkelt 'dna-computer' voor afgifte medicijnen

Onderzoekers uit Eindhoven hebben een 'dna-computer' ontwikkeld die bepaalde acties kan uitvoeren op basis van de detectie van antistoffen. De onderzoekers denken dat de moleculaire circuits op termijn kunnen helpen bij het afgeven van medicijnen op basis van de input.

Dat dna-moleculen geschikt zijn voor signaalverwerking en berekeningen was al bekend. Autonome moleculaire circuits kunnen zo input uit hun omgeving verwerken op basis van algoritmes en het resultaat vertalen in een biologische activiteit. Die reactie kunnen onderzoekers programmeren door de volgorde binnen dna-moleculen aan te passen. Die volgorde bepaalt met welke andere dna-moleculen het circuit kan reageren, meldt de Technische Universiteit Eindhoven. Het voordeel van de 'dna-computer' is dat deze op moleculair niveau te integreren is in biologische systemen.

Het nadeel voor biomedische toepassingen was tot nu toe dat de circuits alleen werkten op basis van input van dna- of rna-moleculen. Onderzoekers zouden liever zien dat ze reageren op antistoffen. De aanwezigheid van bepaalde antistoffen in het lichaam vormt namelijk een goede aanwijzing voor een reeks ziektes, zoals infectie- en auto-immuunziekten.

De wetenschappers van de TU/e hebben nu een methode bedacht om de aanwezigheid van antistoffen te vertalen naar specifieke dna-outputsequenties. De moleculaire circuits kunnen op basis van die dna-reeksen bepalen dat er één of meerdere antistoffen aanwezig zijn, en beslissen dat medicijnafgifte vereist is.

"Onze resultaten laten zien dat we de dna-computer kunnen gebruiken om de activiteit van enzymen te controleren, maar we denken dat het ook mogelijk is om bijvoorbeeld de activiteit van een therapeutisch antilichaam te controleren", zegt promovendus en eerste auteur Wouter Engelen. Voor het zover is moet er nog veel gebeuren, maar de vinding is volgens de universiteit wel een belangrijke stap op weg naar slimme, ‘zelfdenkende’ medicijnen die goedkoop medicatie kunnen controleren.

De wetenschappers publiceren hun onderzoek onder de titel Antibody-controlled actuation of DNA-based molecular circuits in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

Reacties (7)

[Stygeon]

Ten eerste: mooi onderzoek, knap gedaan. Je kunt aan het artikel zien dat hier iemand's ziel en zaligheid in zit.

Maar ik leg het graag beter uit dan hierboven. Het heeft niets met "je eigen DNA" te maken, of überhaupt met genetisch materiaal. Aan de hand van de figuur die tweakers er bij heeft gezet (komt uit het artikel waar naar gelinkt is) is het wel grondiger uit te leggen, want de figuur is erg informatief (wat een kunst op zich is, dus ook hiervoor complimenten).

Wat is er uitgevonden:
Een manier om een set van drie moleculen (B voor Basis-streng, O voor output-streng, en I voor input-streng) om te zetten van "B+O zitten aan elkaar, I is vrij" naar "B+I zitten aan elkaar, O is vrij." Die omzetting gebeurt onder invloed van een antilichaam. Antilichaam aanwezig en I aanwezig? O komt vrij. Antilichaam niet aanwezig? O blijft aan B gebonden. I niet aanwezig? O blijft aan B gebonden. Geen van B of I is een natuurlijk stuk DNA: er zitten toeters en bellen aan, zoals stukjes eiwit. Alleen O is eventueel "zuiver DNA". Maar dat maakt het niet natuurlijk: bouwstenen voor DNA kun je gewoon bij de DNA-gamma kopen, zeg maar.

Het is mode om zoiets dan een computer te noemen: je hebt een beginsituatie (B+O, I) en als er aan een voorwaarde voldaan wordt (antilichaam is aanwezig) dan verandert het naar een eindsituatie (B+I, O). Omdat je vrij en ongebonden O kunt detecteren, wordt zoiets dan een output genoemd. Het is heeeeel fundamenteel onderzoek, want het komt niet bij praktisch nut in de buurt - het enige nut zit hem in het inspireren van andere wetenschappers, en nou eenmaal het opbouwen van fundamentele kennis (waar ik groot voorstander van ben). Maar goed, dat noemen ze dan dus "computer" en zo komt het in de mainstream media. Het is slim om dat zo te doen, want dan trek je hopelijk meer onderzoeksgeld naar je toe.

Hoe werkt het:
- Belangrijk is dat je opvalt dat het antilichaam (de grote Y) inkepinkjes heeft op zijn uiteindes, in het plaatje helemaal links. Daarmee bindt ie de precies passende driehoekjes in de andere twee keren dat je de grote Y in het plaatje ziet. Antilichamen kunnen altijd een bepaald iets heel sterk binden, en dat doen ze met de uiteindes van het V-stuk op de Y (het I-stuk is zeg maar de back-end). De meeste antilichamen zijn zo'n Y, en kunnen dus steeds dat-wat-ze-binden twee keer vasthouden, een keer met elk V-tipje. Je ziet ook in het midden en rechts op het plaatje dat twee kleine driehoekjes worden vastgepakt.

- DNA-strengen werken als een soort rits. Hoe meer tandjes van de rits, hoe sterker het vast zit. En: alles is een evenwicht. B+O zit redelijk stevig vast, steviger dan B+I, omdat B+O meer overlap heeft. Daarom zul je normaal gesproken alleen B+O tegenkomen, ook al is I aanwezig. Mocht B+I per ongeluk vormen, dan zou de O meteen de I er weer uitschoppen, omdat het eindproduct B+O nou eenmaal stabieler is.

- Dit wordt geholpen door lage concentraties: de kans dat I een B+O tegenkomt, is klein, omdat er echt maar heel weinig in oplossing is.

- Kijk goed waar de kleine driehoekjes zitten die door he tantilichaam gepakt kunnen worden: eentje op I, en eentje op B. Geen op O.

- Nu komt het antilichaam! Een armpje pakt een B+O, het andere armpje een I. Nu is de kat op het spek gebonden: het effect van de lage concentratie is opgeheven, want het antilichaam dwingt de twee sets DNA bij elkaar in de buurt te komen. Er is in het ontwerp goed nagedacht over de lengte van de verschillende moleculen.

- Ook het effect van de grotere overlap wordt opgeheven, omdat B+I mooi "dubbel in het slot valt" terwijl B+O dat niet doet. Als I nudus door toeval toch een keertje O er uit schopt en B+I vormt, dan heb je opeens een B+I die aan twee kanten wordt vastgehouden, en een O die vrij weg kan drijven in de oplossing. Waar vroeger de O meteen de I weer weg zou schoppen, is dat nu niet energetisch gunstig meer, omdat B+I mooi "in het slot past".

- Het antilichaam doet dus twee dingen: I recruteren om bij B+O in de buurt te komen, en het evenwicht ten gunste van B+I beïinvloeden waardoor O niet meer terug kan als ie eenmaal weg is.

Dus?
Knap gemaakt, toch? Ik had het niet bedacht. Er zijn ook nog extra details, zoals een "toehold" voor I om hem alvast te helpen B+O binnen te dringen. Hier is heel slim over thermodynamica nagedacht, en over de ångström afstanden tussen de antilichaam-pootjes. Leuk onderzoek, zoiets lees ik graag op tweakers - al vraag ik me af waarom het op tweakers komt, want dat mensen het een computer noemen hadden ze wat mij betreft doorheen mogen prikken. Ik verwacht van tweakers meer niveau dan van NWO.
Hopelijk maakt bovenstaande duidelijk dat dit niet in je eigen lichaam gaat gebeuren ondanks de drie letters D, N, en A.

[J_Gonggrijp]

Bedankt voor de goede uitleg, dit scheelt me een uitstapje naar het oorspronkelijke artikel. Alleen de laatste drie zinnen van je post vond ik een beetje jammer (tendentieus en voorbarig).

[Technomania]

Ik ben nu al een tijdje aan het zoeken maar kan niet met bronnen komen (iets met klok & klepel)....

... Maar hadden ze recentelijk al niet iets vergelijkbaars ''uitgevonden'' voor mensen met suikerziekte (meende ik) die de Insuline(?) zou toedienen indien het nodig was?

edit: Mijn dank aan dragnar12 voor zijn toevoeging...

Blijkbaar is dit dus toch anders....

[Reactie gewijzigd door Technomania op 24 juli 2024 02:23]

[dragnar12]

jha zon chip onder de skin.
http://www.dailymail.co.u...s-without-injections.html
Hier veel plezier er mee

[Soggney]

Wow, ik krijg hier een grote star trek vibe van. Dit zou niet alleen medicijnen kunnen controleren, maar uiteindelijk ook de dosering en eventueel aanpassingen aan medicatie specifiek aan de persoon.
Nu is dat nog rudementair, maar met deze stap lijkt er 1 te zijn naar een nieuwe persoonlijke manier van medicatie toediening.

[flossed]

hmm, de eerste stap naar augmented humanity is gezet.

[PixelPhobiac]

Eerder transhumanism