2009年5月20日
通过将折纸艺术与纳米技术相结合，丹娜-法伯癌症研究所研究人员已经将DNA折叠成多层物体，其尺寸是人类头发厚度的数千倍。这些微小的结构可能是定制生物医学纳米设备的先驱，比如“智能”运载工具，它可以将药物潜入患者的细胞，然后将药物投放到特定的分子目标上。
这项研究的资深作者William Shih博士曾在5月21日出版的《自然》杂志上发表过一篇文章，他说，他和他的同事开发的多层过程应该能让科学家们制造出接近任何三维形状的定制DNA物体。施说，多层物体更加坚硬和稳定，因此能够更好地抵御细胞内的环境，这种环境“混乱而猛烈，就像在飓风中一样”。“我们认为这是一大进步。”
Shih是Dana-Farber癌症生物学项目的研究员。他还是哈佛大学医学院生物化学和分子药理学系的助理教授，以及哈佛大学Wyss生物启发工程研究所的核心教员。
日本古代折纸艺术的大师们在一张纸上做了一系列的折叠，形成了惊人复杂的动物模型和其他形状。“我们专注于用DNA做这件事，”施解释道。虽然DNA最为人所知是构成基因的物质，但在这里，科学家们严格地将长DNA分子用作构建成分，而不是制造蛋白质的蓝图。Shih和他的同事在《自然》杂志的论文中报道说，他们能够构建许多DNA对象，包括一个精灵瓶、两种十字架、一个方形坚果和一个有栏杆的桥。
DNA“折纸”是纳米技术研究的产物——利用原子和分子作为构建新设备的基石，这些新设备可以应用于医学、电子和其他领域。科学家们设想利用这种微小的结构——大约是小病毒的大小——来模拟细胞内的一些“机器”，这些“机器”执行基本功能，比如为分子货物形成容器并将它们从一个地方运输到另一个地方。
“这是大自然非常擅长的事情——制造许多具有强大控制能力的复杂机器。大自然通过数百万年的进化优化了细胞技术;我们没有那么多时间，所以我们需要想出其他的设计方法，”史宗瀚说。
DNA“折纸”是由平行的双螺旋构成的，每个双螺旋由两条相互缠绕的链组成，这些链由核苷酸单元组成。充当“支架”的长链DNA被充当“钉书针”的短链DNA来回折叠，并将支架的各个片段编织在一起。Shih将DNA薄片比作寿司师傅用来制作带馅料的寿司卷的薄竹垫。然后，DNA薄片会自动卷曲成一系列层，这些层被贯穿多层的订书钉锁住。
设计完成后，科学家们从一家公司订购了DNA短链，合成和运输大约需要三天时间。制造所需的结构包括混合DNA支架和短链，快速加热混合物，然后缓慢冷却样品。这一过程诱使DNA“自我组装”，并制造出数十亿份所需对象的拷贝。这一过程大约需要一周，不过研究人员打算提高这一速度。最后，研究人员可以用电子显微镜检查成品。
例如，研究人员瞄准的微型机器可以作为导航设备，引导充满药物的泡泡状囊。Shih建议:“这些机器可以放置在药物运载器的外部，以帮助它们跨越生物屏障，或者帮助它们战胜试图从血液中移除东西的机制，这样它们就可以到达目标。”
这项技术也可以用于未来的诊断。虽然目前的实验室测试可以测量人体内不同物质的浓度，但利用DNA“可以测量单个细胞内某种物质的浓度”，Shih说。
除了Shih和Douglas之外，《自然》杂志论文的作者还包括Dana Farber和哈佛医学院的Hendrik Dietz博士、Tim Liedl博士、Björn Högberg博士和Franziska Graf博士。
这项研究得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)、克劳迪娅·亚当斯·巴尔计划(Claudia Adams Barr Program)、哈佛大学维斯生物启发工程研究所(Wyss Institute for biological Inspired Engineering)以及一些研究机构的资助。
Dana-Farber癌症研究所(www.dana-farber.org)是哈佛医学院的主要教学附属机构，也是美国领先的癌症研究和护理中心之一。它是Dana-Farber/Harvard Cancer Center (DF/HCC)的创始成员，该中心被美国国家癌症研究所指定为综合性癌症中心。