Липидные мембраны — это внешний слой клеток, и их можно модифицировать, чтобы влиять на работу клетки. Например, если изменить проницаемость мембраны, лекарства будут проникать лучше.

А если добавить на поверхность сигнальные молекулы, препараты смогут точнее находить нужные ткани.

В этом помогают ДНК-наноконструкции. Ученые присоединяют к ним гидрофобные группы, например холестерин, который встраивается в липидный слой, и так меняют свойства мембраны — делают ее прочнее или меняют форму.

Исследователи из Токийского научного института (Science Tokyo) применили метод кварцевого микровесов с мониторингом диссипации энергии (QCM-D), чтобы детально изучить, как ДНК взаимодействует с липидами. Этот метод измеряет изменения массы и вязкоупругих свойств молекул на поверхности. Работу возглавили доцент Томохиро Хаяши, аспирант Цзугуй Пэн и профессор Тору Яги.

Исследование опубликовано в журнале Nanoscale. Оно показало, как ДНК-нанопоры (шестиспиральные структуры с одной или тремя холестериновыми «якорями») встраиваются в липидные мембраны.

Оказалось, что если у ДНК один холестерин, она образует мягкий стабильный слой, а если три — постепенно собирается в плотные скопления и медленно проникает в мембрану.

Это первое исследование, где QCM-D использовали для анализа ДНК-наноконструкций в липидных мембранах. Метод дает данные, которые невозможно получить оптическими способами, — говорит Хаяши.

Также выяснилось, что поверхность, на которой находится мембрана, влияет на процесс. Если это полиэтиленгликоль (PEG), ДНК встраивается быстрее, чем на оксиде кремния (SiO₂), где отрицательный заряд мешает процессу.

Эти результаты помогут создавать более эффективные ДНК-структуры для медицины — например, искусственные клетки или молекулярные сенсоры.

Метод позволяет точечно контролировать взаимодействие ДНК и мембран, что критично для:

• точечной доставки лекарств — можно «программировать» ДНК так, чтобы препараты попадали строго в нужные клетки;
• создания искусственных клеток — если понимать, как ДНК меняет свойства мембран, можно проектировать более стабильные синтетические структуры;
• диагностики — ДНК-сенсоры на мембранах смогут детектировать болезни на ранних стадиях.

При этом метод QCM-D не показывает пространственное распределение ДНК в мембране — только интегральные изменения массы и жесткости. Чтобы увидеть, как именно наноструктуры располагаются, нужна микроскопия высокого разрешения.

Ранее ученые развернули спираль ДНК, чтобы заглянуть внутрь клеток.