Pieni robotti rakennettiin kokonaan DNA:sta

Pieni robotti rakennettiin kokonaan DNA:sta Insermin, CNRS:n ja Montpellier’n yliopiston tutkijoiden toimesta Montpellier’n rakenteellisen biologian keskuksessa. Nano-robotti voi johtaa tarkemman tutkimisen mekaanisten voimien vaikutuksista mikroskooppisella tasolla, jotka ovat tärkeitä monille biologisille ja patologisille prosesseille.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -julkaisussa.

Solun mekaaninen herkkyyten

Soluumme kohtaavat mekaanisia voimia, jotka vaikuttavat mikroskooppisella tasolla, ja nämä voimat laukaisevat biologisia signaaleja, jotka ovat välttämättömiä monille solun prosesseille, jotka ovat vastuussa kehon normaalista toiminnasta tai tiettyjen sairauksien kehittymisestä.

Solun mekaanisen herkkyyden häiriintyminen on osallisena monissa sairauksissa, joissa vaikuttavat solut siirtyvät kehossa ympäröivien ja sopeutuvat mikroympäristönsä mekaanisiin ominaisuuksiin. Tämä sopeutuminen on mahdollista vain, koska tiettyjä voimia havaitsevat mekaanoreseptorit, jotka välittävät tiedon solun tukirankaan.

Tietämyksemme solun mekaanisen herkkyyden molekyylimekanismeista on hyvin rajoitettu, joten Insermin tutkija Gaëtan Bellot’n johtama tutkimusryhmä päätti käyttää vaihtoehtoista menetelmää, jota kutsutaan DNA-origami-menetelmäksi.

DNA-origami-menetelmä

DNA-origami-menetelmä mahdollistaa 3D-nanostruktuurien itsekoostumisen ennalta määrättyssä muodossa käyttäen DNA-molekyyliä rakennusmateriaalina. Tekniikka on ollut vastuussa merkittävistä edistysaskelista nanoteknologian alalla.

Tutkimusryhmä käytti menetelmää suunnittelemaan “nano-robottia”, joka koostuu kolmesta DNA-origami-rakenteesta. Se on yhteensopiva ihmisen solun koon kanssa, ja se mahdollistaa ensimmäistä kertaa voiman soveltamisen ja säätelyn 1 piconewtonin resoluutiolla, mikä on biljoonasosa Newtonista. Yksi Newton voidaan verrata sormen painallukseen kynässä.

Uusi kehitys on ensimmäinen kerta, kun ihmisen valmistama ja itsekoostuva DNA-pohjainen kohde voi soveltaa voimaa tämän tarkkuuden kanssa.

Tutkimusryhmä yhdisti robotin molekyyliin, joka tunnisti mekaanoreseptorin, mikä mahdollisti robotin ohjaamisen joillekin soluille. He voivat myös soveltaa voimaa kohdennetusti mekaanoreseptoreille, jotka sijaitsevat solujen pinnalla, jotta ne voidaan aktivoida.

Työkalu voi osoittautua erittäin arvokkaaksi perustutkimukselle. Se voi auttaa asiantuntijoita ymmärtämään paremmin solun mekaanisen herkkyyden molekyylimekanismeja sekä johtaa uusien solureseptorien löytämiseen, jotka ovat herkkä mekaanisille voimille.

“Robotin suunnittelu, joka mahdollistaa piconewtonien voimien soveltamisen vitro- ja in vivo -sovelluksissa, täyttää tieteellisen yhteisön kasvavan tarpeen ja edustaa merkittävää teknologista edistystaskua. Kuitenkin robotin biologinen yhteensopivuus voidaan pitää sekä etuna in vivo -sovelluksissa että heikkoutena, joka voi olla herkkä entsyymeille, jotka voivat hajottaa DNA:ta. Seuraavaksi me tutkimme, miten voimme muuttaa robotin pintaa, jotta se olisi vähemmän herkkä entsyymien vaikutuksille. Yritämme myös löytää muita tapoja robotin aktivoimiseksi esimerkiksi magneettikentän avulla”, sanoo Bellot.