Robotik
Winziger Roboter, vollständig aus DNA konstruiert
Ein winziger Roboter wurde vollständig aus DNA von Wissenschaftlern von Inserm, CNRS und der Université de Montpellier am Structural Biology Center in Montpellier konstruiert. Der Nanoroboter könnte zu einer genaueren Untersuchung der auf mikroskopischer Ebene wirkenden mechanischen Kräfte führen, die für verschiedene biologische und pathologische Prozesse wichtig sind.
Die Studie wurde in der veröffentlichten Nature Communications veröffentlicht .
Zelluläre Mechanosensitivität
Unsere Zellen sind mechanischen Kräften ausgesetzt, die im mikroskopischen Maßstab wirken. Diese Kräfte lösen biologische Signale aus, die für viele Zellprozesse unerlässlich sind, die für das normale Funktionieren unseres Körpers oder die Entwicklung bestimmter Krankheiten verantwortlich sind.
Eine Funktionsstörung der zellulären Mechanosensitivität ist an verschiedenen Krankheiten beteiligt, bei denen die betroffenen Zellen innerhalb des Körpers wandern, indem sie die mechanischen Eigenschaften ihrer Mikroumgebung umgeben und sich an diese anpassen. Diese Anpassung ist nur möglich, weil spezifische Kräfte von Mechanorezeptoren erfasst werden, die die Informationen an das Zytoskelett der Zelle weiterleiten.
Unser derzeitiges Wissen über die molekularen Mechanismen, die an der Mechanosensitivität von Zellen beteiligt sind, ist sehr begrenzt, daher entschied sich das Forschungsteam unter der Leitung des Inserm-Forschers Gaëtan Bellot am Zentrum für Strukturbiologie (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) für die Verwendung einer alternativen Methode namens DNA Origami-Methode.
DNA-Origami-Methode
Die DNA-Origami-Methode ermöglicht die Selbstorganisation von 3D-Nanostrukturen in einer vordefinierten Form unter Verwendung des DNA-Moleküls als Baumaterial. Die Technik war für große Fortschritte im Bereich der Nanotechnologie verantwortlich.
Das Team nutzte die Methode, um einen „Nanoroboter“ zu entwerfen, der aus drei DNA-Origami-Strukturen besteht. Es ist mit der Größe einer menschlichen Zelle kompatibel und ermöglicht erstmals die Anwendung und Kontrolle einer Kraft mit einer Auflösung von 1 Piconewton, also einem Billionstel Newton. Ein Newton kann mit der Kraft eines Fingers verglichen werden, der auf einen Stift klickt.
Die neue Entwicklung ist das erste Mal, dass ein von Menschen hergestelltes und selbst zusammengesetztes DNA-basiertes Objekt Kraft mit dieser Genauigkeit anwenden kann.
Das Team koppelte den Roboter mit einem Molekül, das einen Mechanorezeptor erkennt, was es ermöglichte, den Roboter zu einigen unserer Zellen zu steuern. Sie könnten auch gezielt Kräfte auf gezielte Mechanorezeptoren auf der Oberfläche der Zellen anwenden, um diese zu aktivieren.
Das Tool könnte sich für die Grundlagenforschung als äußerst wertvoll erweisen. Es kann Experten dabei helfen, die molekularen Mechanismen, die an der Mechanosensitivität von Zellen beteiligt sind, besser zu verstehen und 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 großen technologischen Fortschritt dar. Allerdings kann die Biokompatibilität des Roboters sowohl als Vorteil für In-vivo-Anwendungen angesehen werden, kann aber auch einen Nachteil hinsichtlich der Empfindlichkeit gegenüber Enzymen darstellen, die DNA abbauen können. Unser nächster Schritt wird daher darin bestehen, zu untersuchen, wie wir die Oberfläche des Roboters so modifizieren können, dass sie weniger empfindlich auf die Wirkung von Enzymen reagiert. Wir werden auch versuchen, andere Arten der Aktivierung unseres Roboters zu finden, beispielsweise über ein Magnetfeld“, sagt Bellot.
