Dr. Elisha Krieg: proDNAmat
In der Biologie spielt DNA als Träger der Erbinformation eine zentrale Rolle. Doch ihre einzigartigen Eigenschaften machen das DNA Molekül auch für die Materialforschung interessant. In dem Projekt proDNAmat wird eine neue Klasse von Materialien erforscht, welche durch mikroskopisch kleine Bauelemente aus DNA ganz besondere—programmierbare—Eigenschaften erhalten. Diese Materialien ermöglichen effizientere biomedizinische Diagnostik und verbesserte Verfahren für die individualisierte Medizin.
Maßgeschneiderte medizinische Anwendung durch künstliche programmierte DNA
Synthetische Polymermaterialien haben die Welt innerhalb des letzten Jahrhunderts revolutioniert. Ein Blick auf die Natur zeigt jedoch, wie begrenzt die Funktionen klassischer Polymere im Vergleich zu biologischen Systemen immer noch sind: Zellen nutzen Materialien, die sich auf mikroskopischer Ebene selbst organisieren, äußere Signale erfassen und aktiv auf ihre Umgebung reagieren können. In Anbetracht dieser erstaunlichen Eigenschaften stellt sich die Frage: Lassen sich ähnlich „intelligente“ Materialien auch künstlich herstellen? Dies ist nicht nur für die biologische Forschung, sondern insbesondere für medizintechnische Anwendungen von höchstem Interesse.
Das Ziel des Projektes proDNAmat ist die Erschließung einer ebensolchen Materialklasse. Das Schlüsselelement in diesen Materialien ist DNA. Forschungsergebnisse aus den letzten Jahren haben gezeigt, dass sich DNA Stränge zu programmierbaren, mikroskopisch kleinen Maschinen und Bauelementen zusammenfügen lassen. Hierfür wird nicht die in unseren Zellen vorkommende DNA genutzt, sondern rein künstlich hergestellte DNA Stränge. Die DNA Bauelemente werden mit klassischen Polymeren chemisch verknüpft, und übertagen somit ihre besonderen Eigenschaften auf das Material. Materialien können hierdurch nach einen „Baukastenprinzip“ mit maßgeschneiderten Funktionen ausgestattet werden. Sie können etwa die Fähigkeit erhalten, ganz bestimmte Substanzen aus ihrer Umgebung wahrzunehmen, zu isolieren und nach Bedarf freizusetzten.
Das Projekt fokussiert dabei auf drei Anwendungsgebiete:
- Materialien für bessere Auftrennung, Isolation und Markierung von klinischen Proben. Dadurch werden neue Diagnoseverfahren effizienter und empfindlicher.
- Materialien zur schnellen und kostengünstigen Detektion von Viruserkrankungen, auch außerhalb medizinischer Laboratorien
- Durch Materialien für künstliche biologische Zellkulturen können Therapien für die Regeneration von krankem oder verletztem Gewebe erforscht werden.
DNA-basierte Nanomaterialien sollen letztlich eine breit nutzbare Basistechnologie werden, mit deren Hilfe Krankheiten frühzeitiger diagnostiziert, ursächlich erforscht und bekämpft werden können.
Nachwuchsgruppenleiter Dr. Elisha Krieg
Herr Dr. Elisha Krieg studierte Chemie an der Universität zu Köln und dem Weizmann Institut in Israel. Er dissertierte im Bereich der Supramolekularchemie bei Prof. Boris Rybtchinski. Anschließend erforschte er die Entwicklung und Anwendung von DNA Nanotechnologie in der Arbeitsgruppe von Prof. William M. Shih in Harvard. 2018 wechselte er als „Open-Topic Postdoc“ an die Technische Universität Dresden und das Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF). Seit Februar 2020 leitet er am IPF eine „NanoMatFutur“-Nachwuchsgruppe die sich mit der Erforschung DNA-basierter Materialien für biomedizinische Anwendungen befasst. Seit August 2021 hat er den Young Investigator Status an der Technischen Universität Dresden.