Name: designing a bio-responsive robot from dna origami
Uploaded: 2013-07-08T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami at JoVE.com

המחברים מבקשים להודות לס דאגלס לדיונים מאוד יקרי ערך וייעוץ, ואת כל החברים במעבדה בצלת לדיונים ועבודה מועילים. עבודה זו נתמכת על ידי מענקים מהפקולטה למדעי חיים והמכון לננוטכנולוגיה וחומרים מתקדמים באוניברסיטת בר אילן.

הרובוט שנתכנן במאמר זה מגיב לP חלבון על ידי הפיכת C מטען זמין להיקשר לקולטנים על פני השטח של תא היעד שבחר. הרובוט מוצג באיור 1 C עשויה להיות תרופת קולט חסימה;. וכו גורם גדילה, ודרך לקשר אותו כימי לoligonucleotide-DNA חייב להיות זמינים שלא להרוס את תפקידיו. י...

<ol>
	<li>Watson, J. D., Crick, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetical+implications+of+the+structure+of+deoxyribonucleic+acid.">Genetical implications of the structure of deoxyribonucleic acid.</a> Nature. 171, 964-967 (1953).</li><li>Adleman, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+computation+of+solutions+to+combinatorial+problems.">Molecular computation of solutions to combinatorial problems.</a> Science. 266, 1021-1024 (1994).</li><li>Qian, L., Winfree, E., Bruck, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+network+computation+with+DNA+strand+displacement+cascades.">Neural network computation with DNA strand displacement cascades.</a> Nature. 475, 368-372 (2011).</li><li>Ellington, A. D., Szostak, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+selection+of+RNA+molecules+that+bind+specific+ligands.">In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands.</a> Nature. 346, 818-822 (1990).</li><li>Tang, Z., Parekh, P., Turner, P., Moyer, R. W., Tan, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generating+aptamers+for+recognition+of+virus-infected+cells.">Generating aptamers for recognition of virus-infected cells.</a> Clin. Chem. 55, 813-822 (2009).</li><li>Baskerville, S., Bartel, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+ribozyme+that+ligates+RNA+to+protein.">A ribozyme that ligates RNA to protein.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99, 9154-9159 (2002).</li><li>Bartel, D. P., Szostak, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+new+ribozymes+from+a+large+pool+of+random+sequences+[see+comment].">Isolation of new ribozymes from a large pool of random sequences [see comment].</a> Science. 261, 1411-1418 (1993).</li><li>Benenson, Y., Gil, B., Ben-Dor, U., Adar, R., Shapiro, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+autonomous+molecular+computer+for+logical+control+of+gene+expression.">An autonomous molecular computer for logical control of gene expression.</a> Nature. 429, 423-429 (2004).</li><li>Xie, Z., Wroblewska, L., Prochazka, L., Weiss, R., Benenson, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-input+RNAi-based+logic+circuit+for+identification+of+specific+cancer+cells.">Multi-input RNAi-based logic circuit for identification of specific cancer cells.</a> Science. 333, 1307-1311 (2011).</li><li>Rothemund, P. W., Papadakis, N., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Algorithmic+self-assembly+of+DNA+Sierpinski+triangles.">Algorithmic self-assembly of DNA Sierpinski triangles.</a> PLoS Biol. 2, e424 (2004).</li><li>Chen, J. H., Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+from+DNA+of+a+molecule+with+the+connectivity+of+a+cube.">Synthesis from DNA of a molecule with the connectivity of a cube.</a> Nature. 350, 631-633 (1991).</li><li>He, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hierarchical+self-assembly+of+DNA+into+symmetric+supramolecular+polyhedra.">Hierarchical self-assembly of DNA into symmetric supramolecular polyhedra.</a> Nature. 452, 198-201 (2008).</li><li>Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nucleic+acid+junctions+and+lattices.">Nucleic acid junctions and lattices.</a> J. Theor. Biol. 99, 237-247 (1982).</li><li>Wei, B., Dai, M., Yin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+shapes+self-assembled+from+single-stranded+DNA+tiles.">Complex shapes self-assembled from single-stranded DNA tiles.</a> Nature. 485, 623-626 (2012).</li><li>Yin, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programming+DNA+tube+circumferences.">Programming DNA tube circumferences.</a> Science. 321, 824-826 (2008).</li><li>Rothemund, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+DNA+to+create+nanoscale+shapes+and+patterns.">Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns.</a> Nature. 440, 297-302 (2006).</li><li>Dietz, H., Douglas, S. M., Shih, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+DNA+into+twisted+and+curved+nanoscale+shapes.">Folding DNA into twisted and curved nanoscale shapes.</a> Science. 325, 725-730 (2009).</li><li>Douglas, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+DNA+into+nanoscale+three-dimensional+shapes.">Self-assembly of DNA into nanoscale three-dimensional shapes.</a> Nature. 459, 414-418 (2009).</li><li>Douglas, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+prototyping+of+3D+DNA-origami+shapes+with+caDNAno.">Rapid prototyping of 3D DNA-origami shapes with caDNAno.</a> Nucleic Acids Res. 37, 5001-5006 (2009).</li><li>Douglas, S. M., Bachelet, I., Church, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+logic-gated+nanorobot+for+targeted+transport+of+molecular+payloads.">A logic-gated nanorobot for targeted transport of molecular payloads.</a> Science. 335, 831-834 (2012).</li><li>Castro, C. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+primer+to+scaffolded+DNA+origami.">A primer to scaffolded DNA origami.</a> Nature Methods. 8, 221-229 (1038).</li><li>Ke, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multilayer+DNA+origami+packed+on+a+square+lattice.">Multilayer DNA origami packed on a square lattice.</a> Journal of the American Chemical Society. 131, 15903-15908 (2009).</li><li>Mallikaratchy, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+aptamers+evolved+from+cell-SELEX+to+engineer+a+molecular+delivery+platform.">Using aptamers evolved from cell-SELEX to engineer a molecular delivery platform.</a> Chem. Commun. (Camb). , 3056-3058 (2009).</li><li>Hamad-Schifferli, K., Schwartz, J. J., Santos, A. T., Zhang, S., Jacobson, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remote+electronic+control+of+DNA+hybridization+through+inductive+coupling+to+an+attached+metal+nanocrystal+antenna.">Remote electronic control of DNA hybridization through inductive coupling to an attached metal nanocrystal antenna.</a> Nature. 415, 152-155 (2002).</li></ol>

ה-DNA אוריגמי מאפשר לנו לייצר אובייקטים שהוגדרו במדויק עם תכונות שרירותיות בקנה המידה ננומטרי. השלב הבא חשוב יהיה האינטגרציה של פונקציה לתוך עיצובים אלה. בעוד יישומים רבים ואתגרים ניתן להתמודד עם טכנולוגיה זו, יש עניין מיוחד בבודת רובוטים טיפוליים ומדעיים מאוריגמי DNA...

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Name of Reagent/Material</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalog Number</td>
 <td>Comments</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Autodesk Maya 2012</td>
 <td>Autodesk</td>
 <td></td>
 <td>A student/academic account needs to be created first (see platform-specific instructions in <a href="http://cadnano.org" target="_blank">http://cadnano.org</a>)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>caDNAno 2.0 (software)</td>
 <td>(Open source)</td>
 <td></td>
 <td>Software for the design of DNA origami structures <a href="http://cadnano.org/" target="_blank">http://cadnano.org</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Cando (webpage)</td>
 <td>(Open source)</td>
 <td></td>
 <td>Webpage running a simulator of DNA origami shapes <a href="http://cando-dna-origami.org" target="_blank">http://cando-dna-origami.org</a></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

designing a bio-responsive robot from dna origami

חומצות גרעין הן להדהים תכליתית. בנוסף לתפקידם הטבעי כאמצעי אחסון למידע ביולוגי 1, הם יכולים להיות מנוצלים במחשוב מקביל 2,3, להכיר ולאגד מטרות מולקולריות או תאי 4,5, לזרז תגובות כימיות 6,7, וליצור תגובות שחושבו בביולוגי מערכת 8,9. חשוב מכך, ניתן לתכנת חומצות גרעין עצמית להרכיב לתוך מבני 2D and 3D 10-12, המאפשרות שילוב של כל התכונות המרשימות האלה ברובוט אחד המקשרות את חישה של אותות ביולוגיים לתגובה מוגדרת מראש על מנת להפעיל את אפקט רצוי. יצירת צורות מחומצות גרעין הוצעה לראשונה על ידי סימן 13, וכמה וריאציות על הנושא הזה מאז מומשו תוך שימוש בטכניקות שונות 11,12,14,15. עם זאת, משמעותי ביותר הוא אולי אחד המוצע על ידי רותמונד, כינה מלווה בתמיכת ה-DNA אוריגמי16. בטכניקה זו, הקיפול של גדילי דנ&quot;א יחיד &#39;פיגום&#39; ארוך (&gt; 7,000 בסיסים) מופנה לצורה רצויה על ידי מאות גדילים המשלימים הקצרים כינה &quot;סיכות&quot;. הקיפול מתבצע על ידי רמפת חישול בטמפרטורה. טכניקה זו באה לידי ביטוי בהצלחה ביצירת מערך מגוון של צורות 2D עם דיוק וחוסן ראויים לציון. ה-DNA אוריגמי הוארך מאוחר יותר ל 3D, כמו גם 17,18. המאמר הנוכחי יתמקד בתוכנת caDNAno 2.0 19 שפותחה על ידי דאגלס ועמיתיו. caDNAno הוא חזק כלי CAD ידידותי למשתמש, המאפשר עיצוב של 2D וצורות 3D אוריגמי DNA עם תכונות מגוונות. תהליך העיצוב מסתמך על ערכת הפשטה שיטתית ומדויקת למבני DNA, מה שהופך אותו פשוט יחסית ויעילה. במאמר זה ידגים לנו את העיצוב של ה-DNA אוריגמי נהnorobot שתואר לאחרונה 20. הרובוט הזה הוא &quot;רובוטית&quot; במובן זה שהיא קישורים לחישת actuation, על מנת לבצע את משימה. אנחנו נסביר כיצד ניתן לשלב ערכות חישה שונות לתוך המבנה, ואיך יכול להיות מועברים לזה אפקט רצוי. לבסוף אנו משתמשים Cando 21 כדי לדמות את התכונות מכאניות של הצורה מתוכננת. הרעיון שאנחנו דנים יכול להיות מותאם למשימות והגדרות רבות.

<html> דמויות הן 1-25 צילומי מסך של ממשק caDNAno 2.0 המציג את תהליך עיצוב צעד אחר צעד. החתך של הצורה היה ראשון שתואר (איור 3), ואחריו תוספת אוטומטית של שברי גדיל פיגום והשלים את נתיב הפיגום כולו (איור 7). גדילים מהדקים מתווספים באופן אוטומטי <strong...

Watch this Scientific Journal Video about Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami at JoVE.com

Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

אוריגמי DNA הוא שיטה רב עוצמה לבודת עצמים ננומטריים מדויקים על ידי תכנות ההרכבה העצמית של מולקולות DNA. כאן, אנו מתארים איך יכול להיות מנוצלים-DNA אוריגמי לעצב רובוט רובוטי מסוגלים לחוש סימנים ביולוגיים ולהגיב בצורת הסטה, לאחר מכן הועברה לאפקט רצוי.

עיצוב רובוט ביו תגובה מ-DNA אוריגמי

Nucleic acids are astonishingly versatile. In addition to their natural role as storage medium for biological information1, they can be utilized in ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Haptic/Graphic Rehabilitation: Integrating a Robot into a Virtual Environment Library and Applying it to Stroke Therapy

לתחושה / שיקום גרפי: שילוב רובוט לתוך ספריית סביבה וירטואלית וליישם אותו שבץ תרפיה

Recent research that tests interactive devices for prolonged therapy practice has revealed new prospects for robotics combined with graphical and other ...

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

ההסתגלות של רובוט לתחושה ב fMRI 3T

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) provides excellent functional brain imaging via the BOLD signal 1 with advantages including non-ionizing ...

Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications

עיצוב פרוטאין משי משי חומרי סגסוגת עבור יישומים ביו

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, ...

Designing Microfluidic Devices for Studying Cellular Responses Under Single or Coexisting Chemical/Electrical/Shear Stress Stimuli

עיצוב מכשירי microfluidic ללימוד ותגובות ניידות תחת בית או להתאבדות כימית / חשמל / שאר מתח גירויים

Microfluidic devices are capable of creating a precise and controllable cellular micro-environment of pH, temperature, salt concentration, and other ...

Medical-grade Sterilizable Target for Fluid-immersed Fetoscope Optical Distortion Calibration

יעד רפואי כיתה sterilizable עבור כיול עיוות אופטי Fetoscope שקוע נוזלים

We have developed a calibration target for use with fluid-immersed endoscopes within the context of the GIFT-Surg (Guided Instrumentation for Fetal ...

DNA Nanotubes as a Versatile Tool to Study Semiflexible Polymers

ה-DNA צינוריות כמו כלי רב-תכליתי ללמוד פולימרים Semiflexible

Mechanical properties of complex, polymer-based soft matter, such as cells or biopolymer networks, can be understood in neither the classical frame of ...

Optimizing the Use of a Liquid Handling Robot to Conduct a High Throughput Forward Chemical Genetics Screen of Arabidopsis thaliana

Optimizing the Use of a Liquid Handling Robot to Conduct a High Throughput Forward Chemical Genetics Screen of Arabidopsis thaliana

אופטימיזציה של השימוש של רובוט טיפול נוזלי לנהל גבוהה תפוקה קדימה כימי גנטיקה מסך של תודרנית לבנה

Chemical genetics is increasingly being employed to decode traits in plants that may be recalcitrant to traditional genetics due to gene redundancy or ...

Design and Synthesis of a Reconfigurable DNA Accordion Rack

עיצוב, סינתזה של ארון אקורדיון דנ א Reconfigurable

DNA nanostructure-based mechanical systems or DNA nanomachines, which produce complex nanoscale motion in 2D and 3D in the nanometer to &#229;ngstr&#246;m ...

Designing Porous Silicon Films as Carriers of Nerve Growth Factor

עיצוב הסיליקון הנקבובי סרטים כמו נשאים של גורם הגדילה העצבי

Despite the great potential of NGF for treating neurodegenerative diseases, its therapeutic administration represents a significant challenge as the ...

Isokinetic Robotic Device to Improve Test-Retest and Inter-Rater Reliability for Stretch Reflex Measurements in Stroke Patients with Spasticity

Isokinetic התקן רובוטי כדי לשפר את הבדיקה-Retest ואת האמינות הבין-למתוח עבור מדידות רפלקס מתיחה בחולי שבץ עם ספסטיות

Measuring spasticity is important in treatment planning and determining efficacy after treatment. However, the current tool used in clinical settings has ...