Kleine robot gebouwd geheel uit DNA

Een kleine robot is geheel uit DNA gebouwd door wetenschappers van Inserm, CNRS en Université de Montpellier bij het Structural Biology Center in Montpellier. De nano-robot kan leiden tot een nauwkeurigere studie van de mechanische krachten die op microscopisch niveau worden uitgeoefend, die belangrijk zijn voor verschillende biologische en pathologische processen.

De studie werd gepubliceerd in Nature Communications.

Celmechanosensitiviteit

Onze cellen worden geconfronteerd met mechanische krachten die op microscopisch niveau worden uitgeoefend, en deze krachten activeren biologische signalen die essentieel zijn voor veel celprocessen die verantwoordelijk zijn voor de normale werking van ons lichaam of de ontwikkeling van bepaalde ziekten.

Disfunctie van celmechanosensitiviteit is betrokken bij verschillende ziekten waarbij de getroffen cellen migreren binnen het lichaam door te omgeven en aan te passen aan de mechanische eigenschappen van hun microomgeving. Deze aanpassing is alleen mogelijk omdat specifieke krachten worden gedetecteerd door mechanoreceptoren, die de informatie doorgeven aan het cytoskelet van de cel.

Onze huidige kennis van de moleculaire mechanismen die betrokken zijn bij celmechanosensitiviteit is zeer beperkt, dus het onderzoeksteam onder leiding van Inserm-onderzoeker Gaëtan Bellot bij het Structural Biology Center (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) besloot om een alternatieve methode te gebruiken, bekend als de DNA-origamimethode.

DNA-origamimethode

De DNA-origamimethode maakt het mogelijk om 3D-nanostructuren in een vooraf gedefinieerde vorm te assembleren met behulp van het DNA-molecuul als bouwmateriaal. De techniek is verantwoordelijk voor belangrijke vooruitgang in het veld van nanotechnologie.

Het team gebruikte de methode om een “nano-robot” te ontwerpen die bestaat uit drie DNA-origamistructuren. Het is compatibel met de grootte van een menselijke cel en maakt het voor het eerst mogelijk om een kracht uit te oefenen en te controleren met een resolutie van 1 piconewton, wat een triljoenste van een Newton is. Een Newton kan worden vergeleken met de kracht van een vinger die op een pen klikt.

De nieuwe ontwikkeling is de eerste keer dat een door de mens gemaakte en zelf-assemblerende DNA-gebaseerde object een kracht kan uitoefenen met dit niveau van nauwkeurigheid.

Het team koppelde de robot aan een molecuul dat een mechanoreceptor herkent, waardoor het mogelijk werd om de robot naar sommige van onze cellen te sturen. Ze konden ook specifiek krachten toepassen op gerichte mechanoreceptoren die op het oppervlak van de cellen waren gelokaliseerd om ze te activeren.

Het instrument kan zeer waardevol blijken te zijn voor basisonderzoek. Het kan experts helpen om de moleculaire mechanismen die betrokken zijn bij celmechanosensitiviteit beter te begrijpen, evenals om de ontdekking van nieuwe celreceptoren te vergemakkelijken die gevoelig zijn voor mechanische krachten.

“Het ontwerp van een robot die in vitro en in vivo piconewtonkrachten kan toepassen, voldoet aan een groeiende vraag in de wetenschappelijke gemeenschap en vertegenwoordigt een belangrijke technologische vooruitgang. Echter, de biocompatibiliteit van de robot kan zowel een voordeel zijn voor in vivo-toepassingen als ook een zwakte vertegenwoordigen met gevoeligheid voor enzymen die DNA kunnen afbreken. Onze volgende stap zal zijn om te onderzoeken hoe we het oppervlak van de robot kunnen modificeren zodat het minder gevoelig is voor de werking van enzymen. We zullen ook proberen om andere activatiemodi van onze robot te vinden met behulp van, bijvoorbeeld, een magnetisch veld,” zegt Bellot.