Μικρός Ρομπότ Κατασκευασμένος Ολόκληρος Από DNA

Ένας μικρός ρομπότ κατασκευάστηκε ολόκληρος από DNA από επιστήμονες από το Inserm, CNRS και Université de Montpellier στο Κέντρο Δομικής Βιολογίας στο Μονπελιέ. Ο νανο-ρομπότ θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια πιο προσεκτική μελέτη των μηχανικών δυνάμεων που εφαρμόζονται σε μικροσκοπικό επίπεδο, οι οποίες είναι σημαντικές για διάφορες βιολογικές και παθολογικές διαδικασίες.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Nature Communications.

Κυτταρική Μηχανικοευαίσθητη

Τα κύτταρά μας αντιμετωπίζουν μηχανικές δυνάμεις που ασκούνται σε μικροσκοπικό επίπεδο, και αυτές οι δυνάμεις προκαλούν βιολογικά σήματα που είναι απαραίτητα για πολλές κυτταρικές διαδικασίες που ευθύνονται για τη φυσιολογική λειτουργία του σώματός μας ή την ανάπτυξη ορισμένων ασθενειών.

Η δυσλειτουργία της κυτταρικής μηχανικοευαίσθητης συμμετέχει σε διάφορες ασθένειες όπου τα επηρεαζόμενα κύτταρα μεταναστεύουν μέσα στο σώμα περιβάλλοντας και προσαρμοζόμενα στις μηχανικές ιδιότητες του μικροπεριβάλλοντός τους. Αυτή η προσαρμογή είναι δυνατή μόνο επειδή συγκεκριμένες δυνάμεις ανιχνεύονται από μηχανorreceptors, οι οποίοι μεταφέρουν τις πληροφορίες στο κυτταρικό σκελετό.

Η τρέχουσα γνώση μας για τις μοριακές μηχανισμούς που συμμετέχουν στη κυτταρική μηχανικοευαίσθητη είναι πολύ περιορισμένη, οπότε η ερευνητική ομάδα με επικεφαλή τον ερευνητή του Inserm Gaëtan Bellot στο Κέντρο Δομικής Βιολογίας (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) αποφάσισε να χρησιμοποιήσει μια εναλλακτική μέθοδο που ονομάζεται μέθοδος DNA origami.

Μέθοδος DNA Origami

Η μέθοδος DNA origami επιτρέπει την αυτοσυναρμολόγηση 3D νανοδομών σε προκαθορισμένη μορφή χρησιμοποιώντας το μόριο DNA ως υλικό κατασκευής. Η τεχνική έχει ευθύνη για σημαντικές προόδους στο πεδίο της νανοτεχνολογίας.

Η ομάδα χρησιμοποίησε τη μέθοδο για να σχεδιάσει ένα «νανο-ρομπότ» που αποτελείται από τρεις δομές DNA origami. Είναι συμβατό με το μέγεθος ενός ανθρώπινου κυττάρου, και για πρώτη φορά, επιτρέπει την εφαρμογή και τον έλεγχο μιας δύναμης με ανάλυση 1 piconewton, η οποία είναι ένα τρισεκατομμύριο του Newton. Ένα Newton μπορεί να συγκριθεί με τη δύναμη ενός δακτυλίου που πατάει σε ένα στυλό.

Η νέα ανάπτυξη είναι η πρώτη φορά που ένα ανθρωπογενές και αυτοσυναρμολογούμενο αντικείμενο DNA μπορεί να εφαρμόσει δύναμη με αυτό το επίπεδο ακρίβειας.

Η ομάδα συνδύασε το ρομπότ με μια μόρια που αναγνωρίζει einen μηχανorreceptor, το οποίο επέτρεψε να κατευθύνει το ρομπότ σε ορισμένα από τα κύτταρά μας. Μπορούν επίσης να εφαρμόσουν συγκεκριμένες δυνάμεις σε στοχευμένους μηχανorreceptors που τοποθετούνται στην επιφάνεια των κυττάρων για να ενεργοποιήσουν.

Το εργαλείο θα μπορούσε να αποδειχθεί πολύτιμο για τη βασική έρευνα. Μπορεί να βοηθήσει τους εμπειρογνώμονες να κατανοήσουν καλύτερα τους μοριακούς μηχανισμούς που συμμετέχουν στη κυτταρική μηχανικοευαίσθητη, καθώς και να οδηγήσει στην ανακάλυψη νέων κυτταρικών υποδοχέων που είναι ευαίσθητοι σε μηχανικές δυνάμεις.

«Η σχεδίαση ενός ρομπότ που επιτρέπει την εφαρμογή δυνάμεων piconewton in vitro και in vivo ανταποκρίνεται σε μια αυξανόμενη ζήτηση στην επιστημονική κοινότητα και αντιπροσωπεύει μια σημαντική τεχνολογική πρόοδο. Ωστόσο, η βιοσυμβατότητα του ρομπότ μπορεί να θεωρηθεί και ως ένα πλεονέκτημα για εφαρμογές in vivo, αλλά μπορεί επίσης να αντιπροσωπεύει μια αδυναμία με ευαισθησία σε ενζύματα που μπορούν να αποικοδομήσουν το DNA. Οπότε ο επόμενος μας βήμα θα είναι να μελετήσουμε πώς μπορούμε να τροποποιήσουμε την επιφάνεια του ρομπότ ώστε να είναι λιγότερο ευαίσθητο στη δράση των ενζύμων. Θα προσπαθήσουμε επίσης να βρούμε άλλους τρόπους ενεργοποίησης του ρομπότ μας χρησιμοποιώντας, για παράδειγμα, ένα μαγνητικό πεδίο,» λέει ο Bellot.