journal article·2022-12Open access

Computer Aided Development of Nucleic Acid Applications in Nanotechnologies

Markéta Paloncýová, Martin Pykal, Petra Kührová, Pavel Banáš, Jiří Šponer, Michal Otyepka

Small· Volume 18· Issue 49

Abstract

Abstract Utilization of nucleic acids (NAs) in nanotechnologies and nanotechnology‐related applications is a growing field with broad application potential, ranging from biosensing up to targeted cell delivery. Computer simulations are useful techniques that can aid design and speed up development in this field. This review focuses on computer simulations of hybrid nanomaterials composed of NAs and other components. Current state‐of‐the‐art molecular dynamics simulations, empirical force fields (FFs), and coarse‐grained approaches for the description of deoxyribonucleic acid and ribonucleic acid are critically discussed. Challenges in combining biomacromolecular and nanomaterial FFs are emphasized. Recent applications of simulations for modeling NAs and their interactions with nano‐ and biomaterials are overviewed in the fields of sensing applications, targeted delivery, and NA templated materials. Future perspectives of development are also highlighted.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advanced biosensing and bioanalysis techniques · RNA Interference and Gene Delivery · DNA and Nucleic Acid Chemistry

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Regional Center of Advanced Technologies and Materials The Czech Advanced Technology and Research Institute (CATRIN) Palacký University Olomouc Šlechtitelů 27 Olomouc 779 00 Czech Republic

Institute of Biophysics of the Czech Academy of Sciences v. v. i., Královopolská 135 Brno 612 65 Czech Republic

IT4Innovations VŠB – Technical University of Ostrava 17. listopadu 2172/15 Ostrava‐Poruba 708 00 Czech Republic

Funding

Ministry of Education

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1038/nature0458610.1038/nature04586 ↗
2. 10.1038/nature0140610.1038/nature01406 ↗
3. 10.1038/natrevmats.2017.6810.1038/natrevmats.2017.68 ↗
4. 10.1126/science.122726810.1126/science.1227268 ↗
5. 10.1126/science.115453310.1126/science.1154533 ↗
6. 10.1093/nar/29.2.45510.1093/nar/29.2.455 ↗
7. 10.1016/0022-2836(89)90010-710.1016/0022-2836(89)90010-7 ↗
8. 10.1073/pnas.78.4.217910.1073/pnas.78.4.2179 ↗
9. 10.1017/S135583829998136010.1017/S1355838299981360 ↗
10. 10.1126/science.282.5387.25910.1126/science.282.5387.259 ↗
11. 10.1038/nsmb.157710.1038/nsmb.1577 ↗
12. 10.1093/nar/gkq25910.1093/nar/gkq259 ↗
13. 10.1093/nar/gkp95610.1093/nar/gkp956 ↗
14. 10.1006/jmbi.1997.102110.1006/jmbi.1997.1021 ↗
15. 10.1038/nsb84310.1038/nsb843 ↗
16. 10.1002/elsc.20210014810.1002/elsc.202100148 ↗
17. 10.1021/nl049527q10.1021/nl049527q ↗
18. 10.1021/ja047543j10.1021/ja047543j ↗
19. 10.1126/science.120052010.1126/science.1200520 ↗
20. 10.1038/nature0901210.1038/nature09012 ↗
21. 10.1126/science.121408110.1126/science.1214081 ↗
22. 10.1038/s41565-018-0130-210.1038/s41565-018-0130-2 ↗
23. 10.1093/embo-reports/kvd00110.1093/embo-reports/kvd001 ↗
24. 10.1093/nar/gkf48110.1093/nar/gkf481 ↗
25. 10.1016/S0968-0004(03)00191-910.1016/S0968-0004(03)00191-9 ↗
26. 10.1002/adma.20160318010.1002/adma.201603180 ↗
27. 10.1021/nn502160s10.1021/nn502160s ↗
28. 10.1093/nar/gku51610.1093/nar/gku516 ↗
29. 10.1007/978-1-4939-2730-2_1510.1007/978-1-4939-2730-2_15 ↗
30. 10.1016/j.jmb.2012.09.01210.1016/j.jmb.2012.09.012 ↗
31. 10.1073/pnas.54.4.128110.1073/pnas.54.4.1281 ↗
32. 10.3109/1040923850908254110.3109/10409238509082541 ↗
33. 10.1021/ja064289h10.1021/ja064289h ↗
34. 10.1261/rna.220810610.1261/rna.2208106 ↗
35. 10.1016/j.jmb.2015.09.02610.1016/j.jmb.2015.09.026 ↗
36. 10.1093/nar/gkq123110.1093/nar/gkq1231 ↗
37. 10.1038/nature1231110.1038/nature12311 ↗
38. 10.1038/nnano.2010.26810.1038/nnano.2010.268 ↗
39. 10.1038/s41580-020-0236-x10.1038/s41580-020-0236-x ↗
40. 10.1371/journal.pbio.003021310.1371/journal.pbio.0030213 ↗
41. Ohno H. · 2016 · 165
42. 10.1038/s41557-019-0406-710.1038/s41557-019-0406-7 ↗
43. 10.1038/ncomms489010.1038/ncomms4890 ↗
44. 10.1016/S1097-2765(00)80124-010.1016/S1097-2765(00)80124-0 ↗
45. 10.1261/rna.037002.11210.1261/rna.037002.112 ↗
46. 10.1016/0092-8674(82)90414-710.1016/0092-8674(82)90414-7 ↗
47. 10.1016/j.mib.2007.03.00610.1016/j.mib.2007.03.006 ↗
48. 10.1126/science.220012110.1126/science.2200121 ↗
49. 10.1038/355850a010.1038/355850a0 ↗
50. 10.1016/j.cell.2009.01.03510.1016/j.cell.2009.01.035 ↗
51. 10.1016/j.ab.2009.01.04610.1016/j.ab.2009.01.046 ↗
52. 10.1093/nar/gkh93610.1093/nar/gkh936 ↗
53. 10.1021/ja503258410.1021/ja5032584 ↗
54. 10.1016/j.biopha.2021.11253010.1016/j.biopha.2021.112530 ↗
55. 10.1021/nn102465810.1021/nn1024658 ↗
56. 10.1021/bi401702210.1021/bi4017022 ↗
57. 10.1089/nat.2014.050610.1089/nat.2014.0506 ↗
58. 10.1039/D1CS00632K10.1039/D1CS00632K ↗
59. 10.1093/nar/gkq102110.1093/nar/gkq1021 ↗
60. 10.1371/journal.pcbi.100929110.1371/journal.pcbi.1009291 ↗
61. 10.1146/annurev-biophys-070816-03412510.1146/annurev-biophys-070816-034125 ↗
62. 10.1016/j.jbiotec.2017.07.00710.1016/j.jbiotec.2017.07.007 ↗
63. 10.1039/b719370j10.1039/b719370j ↗
64. 10.1021/ar900093g10.1021/ar900093g ↗
65. 10.1016/j.ymeth.2009.04.00710.1016/j.ymeth.2009.04.007 ↗
66. 10.1093/nar/gkp89210.1093/nar/gkp892 ↗
67. 10.1093/nar/gkg59910.1093/nar/gkg599 ↗
68. 10.1186/1748-7188-6-2610.1186/1748-7188-6-26 ↗
69. 10.1093/nar/gkg59510.1093/nar/gkg595 ↗
70. 10.1186/1471-2105-11-12910.1186/1471-2105-11-129 ↗
71. 10.1089/cmb.2011.018410.1089/cmb.2011.0184 ↗
72. 10.1261/rna.030049.11110.1261/rna.030049.111 ↗
73. 10.1038/s41467-019-13395-910.1038/s41467-019-13395-9 ↗
74. 10.1038/s41467-021-21194-410.1038/s41467-021-21194-4 ↗
75. 10.1093/nar/gkab107410.1093/nar/gkab1074 ↗
76. Chen X. · 2020
77. 10.1261/rna.195051010.1261/rna.1950510 ↗
78. 10.1007/s40484-020-0205-610.1007/s40484-020-0205-6 ↗
79. 10.1093/bioinformatics/btn32810.1093/bioinformatics/btn328 ↗
80. 10.1093/bioinformatics/btv22110.1093/bioinformatics/btv221 ↗
81. 10.1093/nar/gkv147910.1093/nar/gkv1479 ↗
82. 10.1261/rna.127080910.1261/rna.1270809 ↗
83. 10.1093/nar/gkq132010.1093/nar/gkq1320 ↗
84. 10.1261/rna.211211010.1261/rna.2112110 ↗
85. 10.1093/nar/gks33910.1093/nar/gks339 ↗
86. 10.1038/srep0073410.1038/srep00734 ↗
87. 10.1016/j.jsb.2019.06.00210.1016/j.jsb.2019.06.002 ↗
88. 10.1261/rna.027201.11110.1261/rna.027201.111 ↗
89. 10.1073/pnas.070383610410.1073/pnas.0703836104 ↗
90. 10.1093/nar/gkx38610.1093/nar/gkx386 ↗
91. 10.1093/nar/gkv93210.1093/nar/gkv932 ↗
92. 10.1016/j.cell.2016.03.03010.1016/j.cell.2016.03.030 ↗
93. 10.1261/rna.031054.11110.1261/rna.031054.111 ↗
94. 10.1261/rna.049502.11410.1261/rna.049502.114 ↗
95. 10.1261/rna.060368.11610.1261/rna.060368.116 ↗
96. 10.1261/rna.075341.12010.1261/rna.075341.120 ↗
97. 10.1021/acs.chemrev.7b0042710.1021/acs.chemrev.7b00427 ↗
98. 10.1088/0953-8984/26/41/41310110.1088/0953-8984/26/41/413101 ↗
99. 10.1021/ja00124a00210.1021/ja00124a002 ↗
100. 10.1021/j100142a00410.1021/j100142a004 ↗