DNAコンピュータを使った新しいドラッグデリバリーシステム

アイントホーフェン工科大学の研究者達は、DNAコンピュータを使って血流中への薬物輸送を制御するための新しい方法を提示しています。Nature Communications誌において、生物医学工学者マールテン・メルクス氏率いるチームは、血中のいくつかの抗体を識別でき、その後にこの情報に基づいた計算を実行可能な初のDNAコンピュータの開発経緯を説明しています。

この事は、リウマチやクローン病等の症状に対する、低副作用・低価格なより優れた薬剤送達用スマート・ドラッグの開発に向けての重要な一歩になっています。

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免疫体認識システム

DNA computer brings ‘intelligent drugs’ a step closer

Eindhoven University of Technology (アイントホーフェン工科大学:TU/e)の研究者達によってプレゼンされた方法に対するアナロジーは、ドアの前に立つ人間を識別後に開錠するセキュリティーシステムです。カメラがその人物を認識すると、ドアは開錠されますが、その人が不審者の場合は、ドアは施錠されたままです。”診断テストへの研究は、認識に焦点を当てていますが、このシステムに関して特別な事は、それが思考を持ち、ドラッグ・デリバリーなどのアクチュエーションに接続可能なことです。”と、生物医学化学教授メルクス氏は語ります。

DNAコンピュータ

To be able to perform such an action, intelligence is required, a role that is performed in this system by a DNA computer. DNA is best known as a carrier of genetic information, but DNA molecules are also highly suitable for performing molecular calculations. The sequence within a DNA molecule determines the other DNA molecules with which it can react, and can be programmed for desired reaction circuits.

そういった動きを実行させるには知能が要求され、このシステムにおいては、DNAコンピュータによって行われる役割になっています。DNAは、遺伝情報のキャリアとして最も良く知られていますが、DNA分子は、分子計算を実行するのに非常に適してもいます。DNA分子内の配列が、それが反応可能な他のDNA分子を決定し、所望の反応回路用にプログラム可能です。

Antibodies(抗体)

To date, biomedical applications of DNA computers have been limited because the input of DNA computers typically consists of other DNA and RNA molecules. To determine whether someone has a particular disease, it is essential to measure the concentration of specific antibodies. Merkx and his colleagues are the first to have succeeded in linking the presence of antibodies to a DNA computer.

今日まで、DNAコンピュータの生物医学アプリケーションは、DNAコンピューターのインプットが、一般的に、他のDNA分子やRNA分子で構成されているせいで限定されています。誰かがある特定の病気を患っているかどうかを判断するためには、その病気特有の抗体の濃度を測定する事が必要不可欠です。メルクス氏と彼の同僚等は、DNAコンピュータと抗毒素の存在を結び付けることに、世界で初めて成功しています。

Drug delivery(ドラッグ・デリバリー)

彼等のメソッドは、各免疫体の存在を固有のDNA断片に変換しています。DNAコンピューターは、1つかそれ以上の抗毒素の存在を検出する事によって、例えば、ドラッグデリバリーが必要かどうかを、決定する事ができます。”ある特定DNA分子の存在が、一連の反応を発動する事によって、我々は、DNAコンピュータにさまざまなプログラムを実行させる事ができます。” と博士課程の学生が説明しています。”我々の研究結果が、酵素活性を制御するのにDNA計算機を使える事を証明していますが、治療抗体活性の制御もできるはずと我々は考えています。”

Medication(薬物治療)

リウマチやクローン病のような慢性疾患を治療するにあたり、そういった治療抗体は、薬剤として使うことができます。今回のシステムの潜在用途の1つが、血液中の治療抗体の量を測定して、追加の薬剤を投与する必要があるかどうかを判断する事です。”抗体の測定と病気の治療法を直接相互に関連付ける事で、将来的に副作用を抑えコスト節減が可能かもしれません。”

DNA-based molecular circuits(DNAベースの分子回路)は、autonomous signal processing (自律的信号処理)を可能にしますが、RNA/DNA-based inputs(RNA/DNAベースの入力データ) にその動作を依存しているので、molecular diagnostics (分子診断学)、synthetic biology (合成生物学)、biomedicine (生体臨床医学)の分野に用途が制限されています。

今回の研究は、DNA-based molecular computing(DNAベース分子計算)向けに、抗体の存在を固有のDNA鎖に変換する事で、特定インプットとして抗体を使うことを可能にしています。

antibody-templated strand exchange (抗体鋳型鎖交換:ATSE)は、DNA-strand exchange reactions(DNA鎖交換反応)を熱力学的・動力学的の双方で促進させるために、特有の二価構造抗体を使っています。toehold-mediated strand exchange reactions(足がかり配列を介した鎖交換反応)において、complementary single-stranded domains(相補的単鎖領域)は、2つのDNA reactants(DNA反応物)を一時的にハイブリッド形成でき、従って、動的な鎖交換反応を開始することを可能にしているようです。かなり面白い研究だと思います。

Antibody-controlled actuation of DNA-based molecular circuits

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