Winzige DNA-Roboter: Nano-Maschinen für Medizin und IT

Winzige molekulare Maschinen, die im Körper navigieren, gezielte Therapien verabreichen und sogar Technologien im Nanobereich herstellen können – genau daran wird laut einem Bericht von SciTechDaily aktuell geforscht.

Wissenschaftler der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Fakultät für Chemie und Pharmazie, NanoBioSciences/BioSysteM-Cluster of Excellence, arbeiten beispielweise daran, programmierbare Nanosysteme zu entwickeln.

So haben die Forschenden mithilfe der sogenannten DNA-Origami-Methode ein Robotersystem aus DNA-Molekülen entwickelt, das sich ähnlich wie ein Computerchip programmieren lässt. Sie sehen hier das Potenzial, mit DNA-Robotern künftig extrem kleine Datenspeicher oder rechnerähnliche Strukturen im Nanobereich zu realisieren.

Noch steht die Entwicklung am Anfang: Aktuell lernen die Teams wie von der LMU, DNA-Strukturen so zu entwerfen, dass sie sich kontrolliert biegen, falten und bewegen lassen. Dabei übertragen sie Prinzipien aus der klassischen Robotik in den Nanomaßstab.

Programmierbare Bewegungen im Nanobereich

Um aus statischen DNA-Strukturen allgemein funktionale Geräte zu machen, werden biochemische Techniken wie die DNA-Strangverdrängung eingesetzt. Auf diese Weise lassen sich Aktionen direkt in die DNA-Maschine programmieren: Bestimmte „Treibstoff“-Stränge lösen dann Bewegungen oder Formveränderungen mit hoher Präzision aus. Ziel ist es, DNA-Roboter so zu programmieren, dass sie molekulare Anweisungen zuverlässig ausführen können.

In der Medizin könnten solche Systeme langfristig als eine Art „Nano-Chirurg“ agieren: Sie wären in der Lage, erkrankte Zellen im Körper aufzuspüren und lokal zu behandeln, anstatt Medikamente im gesamten Organismus zu verteilen.

Aktuelle Herausforderungen

Noch sind DNA-Roboter meist statische, isolierte Systeme mit begrenzter Funktionalität. Es fehlen umfassende Datenbanken zu mechanischen Eigenschaften von DNA sowie Simulationswerkzeuge, die das Verhalten komplexer DNA-Maschinen zuverlässig vorhersagen.

Um diese Lücken zu schließen, braucht es eine enge interdisziplinäre Zusammenarbeit; diskutiert werden unter anderem AI-gestützte Designsimulationen und verbesserte biotechnologische Herstellungsverfahren, mit denen sich leistungsfähigere und skalierbare DNA-Roboter realisieren lassen könnten.

Ein zentrales gemeinsames Ziel der Forschung: Die molekulare Welt so gut zu verstehen und zu beherrschen, dass sich künftig präzise, verlässliche Nano-Maschinen für Medizin, IT und andere Hightech-Anwendungen entwickeln lassen.