Winziger Roboter vollständig aus DNA konstruiert

Ein winziger Roboter wurde von Wissenschaftlern von Inserm, CNRS und Université de Montpellier am Structural Biology Center in Montpellier vollständig aus DNA konstruiert. Der Nano-Roboter könnte zu einer genaueren Untersuchung der mechanischen Kräfte auf mikroskopischer Ebene führen, die für verschiedene biologische und pathologische Prozesse wichtig sind.

Die Studie wurde in Nature Communications veröffentlicht.

Zellmechanosensitivität

Unsere Zellen sind mechanischen Kräften ausgesetzt, die auf mikroskopischer Ebene wirken, und diese Kräfte lösen biologische Signale aus, die für viele Zellprozesse, die für das normale Funktionieren unseres Körpers oder die Entwicklung bestimmter Krankheiten verantwortlich sind, unerlässlich sind.

Eine Dysfunktion der zellmechanischen Sensitivität ist an verschiedenen Krankheiten beteiligt, bei denen die betroffenen Zellen innerhalb des Körpers migrieren, indem sie sich an die mechanischen Eigenschaften ihrer Mikroumgebung anpassen. Diese Anpassung ist nur möglich, weil bestimmte Kräfte von Mechanorezeptoren erkannt werden, die die Informationen an das Zytoskelett weiterleiten.

Unser aktuelles Wissen über die molekularen Mechanismen, die an der Zellmechanosensitivität beteiligt sind, ist sehr begrenzt, daher entschied sich das Forschungsteam unter der Leitung von Inserm-Forscher Gaëtan Bellot am Structural Biology Center (Inserm/CNRS/Université de Montpellier), eine alternative Methode zu verwenden, die als DNA-Origami-Methode bezeichnet wird.

DNA-Origami-Methode

Die DNA-Origami-Methode ermöglicht die Selbstassemblierung von 3D-Nanostrukturen in einer vordefinierten Form unter Verwendung der DNA-Moleküle als Baumaterial. Die Technik hat zu bedeutenden Fortschritten im Bereich der Nanotechnologie geführt.

Das Team verwendete die Methode, um einen “Nano-Roboter” zu entwerfen, der aus drei DNA-Origami-Strukturen besteht. Er ist mit der Größe einer menschlichen Zelle kompatibel und ermöglicht es zum ersten Mal, eine Kraft mit einer Auflösung von 1 Piconewton anzuwenden und zu kontrollieren, was einem Billionstel eines Newton entspricht. Ein Newton kann mit der Kraft verglichen werden, die ein Finger auf einen Stift ausübt.

Die neue Entwicklung ist das erste Mal, dass ein von Menschen geschaffenes und selbstassembliertes DNA-basiertes Objekt eine Kraft mit diesem Level an Genauigkeit anwenden kann.

Das Team koppelte den Roboter mit einem Molekül, das einen Mechanorezeptor erkennt, was es ermöglichte, den Roboter auf einige unserer Zellen zu richten. Sie konnten auch gezielt Kräfte auf bestimmte Mechanorezeptoren auf der Oberfläche der Zellen anwenden, um sie zu aktivieren.

Das Werkzeug könnte sich als sehr wertvoll für die Grundlagenforschung erweisen. Es kann Experten helfen, die molekularen Mechanismen, die an der Zellmechanosensitivität beteiligt sind, besser zu verstehen, sowie zur Entdeckung neuer Zellrezeptoren führen, die auf mechanische Kräfte reagieren.

“Der Entwurf eines Roboters, der die Anwendung von Piconewton-Kräften in vitro und in vivo ermöglicht, erfüllt eine wachsende Nachfrage in der wissenschaftlichen Gemeinschaft und stellt einen bedeutenden technologischen Fortschritt dar. Allerdings kann die Biokompatibilität des Roboters sowohl als Vorteil für in-vivo-Anwendungen als auch als Schwäche mit Sensibilität gegenüber Enzymen angesehen werden, die DNA abbauen können. Unser nächster Schritt wird daher darin bestehen, zu untersuchen, wie wir die Oberfläche des Roboters so modifizieren können, dass er weniger empfindlich gegenüber der Wirkung von Enzymen ist. Wir werden auch versuchen, andere Aktivierungsmodi für unseren Roboter zu finden, beispielsweise durch Verwendung eines magnetischen Feldes”, sagt Bellot.