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

Авторы выражают благодарность С. Дуглас чрезвычайно ценным для обсуждения и советы, и все члены Бачелет лаборатории за полезные обсуждения и работы. Работа выполнена при поддержке грантов от факультета естественных наук и Института нанотехнологий и современных материалов при Университете Бар-Илан.

Робот мы создадим в этой статье реагирует с белком P путем грузовой C доступны связываются с рецепторами на поверхности выбранной клетки-мишени. Робот показано на рисунке 1 C может быть рецептор блокировки наркотиков;. Т.д. фактор роста, и способ химически связать ?...

<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>

ДНК-оригами позволяет изготовить точно определены объекты с произвольными функциями на наноуровне. Следующим важным шагом будет интеграция функций в эти проекты. Хотя многие приложения и задачи можно решить с помощью этой технологии, есть особый интерес к изготовлению терапевтическ?...

<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

Нуклеиновые кислоты являются удивительно универсальны. В дополнение к своей естественной роли в качестве носителя для биологической информации 1, они могут быть использованы в параллельных вычислений 2,3, распознавать и связывать молекулярных или клеточных мишеней 4,5, катализируют химические реакции 6,7 и генерировать рассчитывается реакций в биологических Система 8,9. Важно отметить, что нуклеиновые кислоты могут быть запрограммированы на самоорганизуются в 2D и 3D структур 10-12, что позволяет интегрировать все эти замечательные функции в одном робот связывающих зондирования биологических сигналов до заданного ответа с целью оказания желаемого эффекта. Создание фигур из нуклеиновых кислот был впервые предложен Seeman 13, и несколько вариаций на эту тему с тех пор было реализовано с использованием различных методов 11,12,14,15. Однако самым значительным, пожалуй, один предложенный Ротемунд, называемые ДНК-оригами scaffolded16. В этом способе сворачивания длинных (&gt; 7000 оснований) одноцепочечной ДНК &quot;лесов&quot; относится к желаемой форме на сотни коротких комплементарных нитей называют &quot;скобы. Складные осуществляется отжига рампы. Этот метод был успешно продемонстрировали в создании разнообразных 2D формы с удивительной точностью и надежностью. ДНК-оригами позже была распространена на 3D, а 17,18. В настоящем документе основное внимание будет уделено программным обеспечением caDNAno 2,0 19 разработана Дугласом и коллег. caDNAno это надежный, удобный инструмент, позволяющий CAD проектирования 2D и 3D форм ДНК-оригами с универсальными функциями. Процесс проектирования опирается на систематические и точные абстракции схема структуры ДНК, что делает его относительно простым и эффективным. В данной работе мы демонстрируем конструкцию ДНК-оригами Н.А.norobot, который был недавно описан 20. Этот робот является &quot;роботом&quot; в том смысле, что она связывает зондирования на приведение, для того, чтобы выполнить задачу. Поясним, как различные схемы зондирования может быть интегрирован в структуру, и как это может быть передана желаемого эффекта. Наконец, использование Cando 21 для имитации механических свойств заданной формы. Концепция, которую мы обсудим может быть адаптирована к нескольким задачам и параметрам.

<html> Цифры 1-25 скриншоты интерфейса caDNAno 2.0 показывает процесс проектирования шаг за шагом. Поперечное сечение формы была впервые изложенные (фиг. 3), с последующим автоматическим добавлением леса прядь фрагментов и завершения всего пути подмости (рис. 7). Сшиван?...

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

ДНК-оригами является мощным методом для изготовления точных наноразмерных объектов путем программирования самосборки молекул ДНК. Здесь мы описываем как оригами ДНК могут быть использованы для разработки робота робота с возможностью восприятия биологические сигналы и реагировать на изменения формы, впоследствии передаются желаемого эффекта.

Проектирование Bio-отзывчивый робота из ДНК-оригами

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

Haptic / Графический реабилитации: интеграция роботов в виртуальной библиотеке окружающей среды и использования его для терапии инсульта

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

Адаптация Haptic Робот в 3Т МРТ

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

Проектирование Silk-протеинов шелка и сплавы для биомедицинских применений

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

Проектирование микрожидком устройств для исследования клеточных реакций по разовым или сосуществующих Chemical / Electrical / касательное напряжение раздражители

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

Медико-класс Стерилизуемый Мишень для жидкости погруженных фиброфетоскоп калибровки оптических искажений

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

Нанотрубках ДНК как универсальный инструмент для изучения полугибких полимеров

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

Оптимизация использования жидкого обработки робот провести высокой пропускной способности вперед химических генетики экран Arabidopsis thaliana

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

Дизайн и синтез аккордеон Шкаф реконфигурируемых ДНК

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

Проектирование пористого кремния фильмы как носители фактора роста нервов

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

Изокинетическое роботизированное устройство для улучшения тест-тест-тест и межрейтинговая надежность для растяжек рефлекс измерений в инсульта пациентов с спастичность

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