Programmable, self-regulated DNA and RNA nanomachines
可编程、自我调节的 DNA 和 RNA 纳米机器
基本信息
- 批准号:RGPIN-2014-06403
- 负责人:
- 金额:$ 2.55万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Discovery Grants Program - Individual
- 财政年份:2016
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2016-01-01 至 2017-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The historically unprecedented developments of nanoscience and nanotechnology promise to revolutionize many fields including electronics, biomaterials, energy production, and medicine. Artificial nanomachines similar to the ones observed in living organisms, for example, could be conceived in a near future to perform rapid environmental and human molecular diagnosis, to develop molecular computers, or to deliver drug in the vicinity of pathogens or tumor cells. Many challenges, however, remain before this vision becomes reality. Top-down approaches for the construction of miniaturized devices have reached their limits, due to fundamental and practical restrictions below sizes of twenty nanometers. On the other hand, the bottom-up approach, which employs molecules as nanometer-scale building blocks to construct nanomachines still remains at an embryonic state with chemists struggling to design molecular machines with any commercial value. As a result, nanoengineers are urgently awaiting the development of new approaches that will enable the design of useful nanomachines.
Dr. Vallée-Bélisle's research will pave the way towards achieving this goal by engineering artificial DNA or RNA nanomachines that mimic the ones developed by living organisms. Relying on his strong expertise on natural nanomachines (Ph.D. in biochemistry - protein folding mechanisms) and his expertise in DNA engineering (recently acquired during his postdoc at the Center for Bioengineering at University of California, Santa Barbara), Dr. Vallée-Bélisle focuses his current research program on the design and thermodynamic characterization of simplified mimics of natural nanomachines using highly designable DNA and RNA scaffolds and artificially selected aptamers. Beyond enabling the detailed thermodynamic analysis of these systems, his nanomachines will also be adapted for various applications in analytical chemistry, pharmacology, and molecular computing.
Dr. Vallée-Bélisle’s multidisciplinary lab combines state-of-the-art techniques in DNA design and synthesis, various biophysical spectroscopic techniques for characterizing and optimizing nanomachines, as well as different platforms allowing custom fitting of nanomachines to real life applications. Dr. Vallée-Bélisle's approach is unique in Canada and consists mostly in the: (1) de novo DNA switch and nanomachines design using nucleic acid modeling programs to predict switching thermodynamics; (2) synthesis and purification of DNA machines; (3) thermodynamics and kinetic characterization of nanomachines to allow further optimization of their activity; and (4) application of his nanomachines for the development of rapid diagnostic tests (animal, environment and humans) and self-regulated nanomachines for smart delivery of drugs. The groundbreaking technologies built in this grant program will offer means to create a new generation of technologies in Canada with a huge commercialization potential.in biotechnology, an economic sector of great importance in Canada. The requested grant will also enable Dr. Vallée-Bélisle to train nine highly-skilled scientists that will shape the workforce of these important emergent industrial sectors.
历史上纳米科学和纳米技术的前所未有的发展有望改变许多领域,包括电子,生物材料,能源生产和医学。例如,可以在不久的将来构想与生物体中观察到的人工纳米机器,以进行快速的环境和人分子诊断,开发分子计算机或在病原体或肿瘤细胞附近提供药物。但是,在这种愿景成为现实之前,仍存在许多挑战。自上而下的小型设备的构建方法已达到限制,这是由于低于二十纳米尺寸的基本限制和实际限制。另一方面,自下而上的方法是员工分子作为纳米尺寸的构建构建块纳米机器的构建块,仍然保持在胚胎状态,化学家努力地设计具有任何商业价值的分子机器。结果,纳米工程师正在急切地等待新方法的开发,这些方法将使有用的纳米机器设计。
Vallée-Bélisle博士的研究将通过工程人工DNA或RNA纳米机器来模仿生物组织开发的人工DNA或RNA纳米机器,为实现这一目标铺平道路。依靠他在天然纳米机器方面的强大专业知识(博士学位生物化学 - 蛋白质折叠机制)及其在DNA工程方面的专业知识(最近在加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的生物工程中心(最近在他的生物工程中心)获得的DNA工程专业知识,vallee -Bélisle博士对他的当前研究计划进行了自然的纽约式和热力学表征,并在加利福尼亚大学的生物工程中心进行了生物工程中心,该研究的焦点是, RNA脚手架和人为选择的适体。除了对这些系统进行详细的热力学分析外,他的纳米机器还将适用于分析化学,药理学和分子计算中的各种应用。
Vallee-Bélisle博士的多学科实验室结合了DNA设计和合成中的最新技术,各种生物物理光谱技术,用于表征和优化纳米机器,以及不同的平台,允许纳米机器对现实生活应用进行自定义拟合。 Vallee-Bélisle博士的方法在加拿大是独一无二的,主要由:(1)使用核酸建模程序从头DNA开关和纳米机器设计来预测切换热力学; (2)DNA机的合成和纯化; (3)纳米机器的热力学和动力学表征,以进一步优化其活性; (4)他的纳米机器用于开发快速诊断测试(动物,环境和人类)以及自调节的纳米机器来智能递送药物。该赠款计划中建立的开创性技术将提供在加拿大创建具有巨大商业化潜力的新一代技术。在生物技术中,加拿大非常重要的经济领域。要求的赠款还将使Vallee-Bélisle博士能够培训9位高技能的科学家,这些科学家将塑造这些重要的新兴工业部门的劳动力。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
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专利数量(0)
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ValléeBélisle, Alexis其他文献
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