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Shawn Douglas:论文被引上千次的青年DNA编程者

Shawn Douglas将他的研究兴趣归结于童年时的回忆——从5岁开始,Shawn Douglas就跟着他的父亲构建汽车,飞机和火箭的模型,“我父亲是我见过的人当中最有耐心和淡定的人,”Douglas说,“他从来就是从从容容的,对我也很有耐心,要不是他,我就不会取得今天的成就。”

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当年Douglas非常希望能上耶鲁大学,但是他的父母无法支付这笔费用,幸好后来他们得到了政府援助,Douglas才得以完成耶鲁的学业,之后他放弃了文学,选择了计算机科学,但后来Douglas发现他并不希望从事工程技术工作,“我并不喜欢从事最终我无法参与的工作,我意识到也许我能将我的编程技巧营养到其它领域中去。”


这种想法促使他最终选择成为一名哈佛医学院的生物物理学博士,跟随着两位著名科学家:William Shih 和George Church工作。在2005年,Douglas完成了一段系统生物学的学习后,Shih在与加州理工的Paul Rothemund交谈中听到后者希望能构建自组装DNA形状和图案。“我回到波士顿后很兴奋,第一个就和Shawn分享了这件事,”Shih说。


自此Douglas开始进行这方面的研究,经过多年努力,他设计出了一种名为caDNAno的软件,这种软件的雏形最早是在2008年形成,“利用caDNAno,我们就能真正把精力集中在各种DNA的序列上了”,Douglas的前哈佛实验室同事Hendrik Dietz说。


这种软件可以帮助解析药物研究中DNA、蛋白质等大分子的结构与其功能之间的关联,了解碱基之间、氨基酸之间的相互作用。而且这一项目已经吸引了3D模型业务公司Autodesk的注意,目前caDNAno已经被整合到公司旗下的模拟软件Myao中。


在此期间Douglas也陆续与Dietz等人发表了多篇论文,比如2009年发表在Nature杂志上的一种DNA折纸新方法,这种方法能够生成有或多或少任何所期望形式的三维目标,尺度达到10到100纳米,并且对各种不同的DNA螺旋之位置的控制也达到了比较精确程度。这种合成方法涉及排列成褶皱链及组装成蜂巢状三维结构的DNA螺旋。各种不同的DNA链通过磷酸基团连接在一起。这种方法能够生成组装速度慢的复杂目标,但它也为组装具有纳米尺度特征的定制器件提供了一个途径,研究人员可以这种方法构建出了形状像方螺帽、十字槽和线框二十面体的目标。


同年发表在Science上的另外一篇文章中,Douglas等人设计出一种让DNA弯转扭曲成为不同新形状的方法,这种变形可能在某一天在体内被用于递送药物、修建组织或用于研究蛋白质单体的纳米尺度的装置中。


2011年,Douglas发起了一个年度竞赛:BIOMD,每年许多本科生研究组都在这一竞赛中尝试用生物分子构建最酷的物体。


之后一年,在另外一篇Science文章:A Logic-gated nanorobot for targeted transport of molecular payloads中,Douglas设计了一种设备,能将药物运送到个体细胞,帮助清除癌细胞。


他们将这种设备称为纳米机器人(nanorobots),其基本原理是利用类似于免疫系统中的细胞识别机制。这些机器人大约内径35纳米,具有12个可以负荷药物的位点,外部则配有两个可以识别靶细胞分子的特殊寡核苷酸。除此之外,研究组成员还在其中加上了所负载的药物上加入了金纳米颗粒,或者荧光标记,以便观察。


为了证明这一纳米机器人的作用,Douglas等人进行了六种组合测试,每个测试都针对不同类型的体外培养癌细胞,结果证明这种设备可以在不同细胞类型混合体中找到靶细胞,然后释放药物抗体,从而使癌细胞停止生长。


目前Douglas已经成为了加州大学旧金山分校的一名细胞和分子药理学副教授,他还只有34岁,他的路还很长。

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