En liten robot konstruert helt av DNA

En liten robot ble konstruert helt av DNA av forskere fra Inserm, CNRS og Université de Montpellier ved Structural Biology Center i Montpellier. Nano-roboten kan føre til en nærmere studie av de mekaniske kreftene som påvirker mikroskopiske nivåer, som er viktige for ulike biologiske og patologiske prosesser.

Studien ble publisert i Nature Communications.

Cellemechanosensitivitet

Våre celler møter mekaniske krefter som utøves på et mikroskopisk nivå, og disse kreftene utløser biologiske signaler som er essensielle for mange celleprosesser som er ansvarlige for den normale funksjonen av vårt kropp eller utviklingen av visse sykdommer.

Dysfunksjon av cellemechanosensitivitet er involvert i ulike sykdommer hvor de berørte cellene migrerer innenfor kroppen ved å omringe og tilpasse seg de mekaniske egenskapene til deres mikromiljø. Denne tilpasningen er bare mulig fordi bestemte krefter blir detektert av mekanoreseptorer, som overfører informasjonen til cellecytoskjelettet.

Vår nåværende kunnskap om de molekylære mekanismene som er involvert i cellemechanosensitivitet er svært begrenset, så forskningsteamet ledet av Inserm-forsker Gaëtan Bellot ved Structural Biology Center (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) bestemte seg for å bruke en alternativ metode som kalles DNA-origamimetoden.

DNA-Origamimetoden

DNA-origamimetoden gjør det mulig å selvmontere 3D-nanostrukturer i en forhåndsdefinert form ved å bruke DNA-molekylet som byggestoff. Teknikken har vært ansvarlig for store fremgang i nanoteknologifeltet.

Teamet brukte metoden til å designe en “nano-robot” som består av tre DNA-origamistrukturer. Den er kompatibel med størrelsen på en menneskelig celle, og for første gang gjør det det mulig å påføre og kontrollere en kraft med en oppløsning på 1 piconewton, som er en billiondel av en Newton. En Newton kan sammenlignes med kraften fra en finger som klikker på en penn.

Den nye utviklingen er første gangen at et menneskeskapt og selvmontert DNA-basert objekt kan påføre kraft med dette nivået av nøyaktighet.

Teamet koblet roboten med en molekyl som gjenkjenner en mekanoreseptor, som gjorde det mulig å rette roboten mot noen av våre celler. De kunne også spesifikt påføre krefter til målrettede mekanoreseptorer lokaliseret på overflaten av cellene for å aktivere dem.

Verktøyet kan vise seg å være svært verdifullt for grunnleggende forskning. Det kan hjelpe eksperter med å bedre forstå de molekylære mekanismene som er involvert i cellemechanosensitivitet, samt føre til oppdagelsen av nye cellereseptorer som er følsomme for mekaniske krefter.

“Designen av en robot som muliggjør påføring av piconewton-krefter in vitro og in vivo møter en økende etterspørsel i det vitenskapelige samfunnet og representerer en stor teknologisk fremgang. Men biokompatibiliteten til roboten kan anses som både en fordel for in vivo-applikasjoner, men kan også representere en svakhet med følsomhet for enzymer som kan degradere DNA. Så vårt neste skritt vil være å studere hvordan vi kan modifisere overflaten av roboten så den er mindre følsom for enzymenes handling. Vi vil også prøve å finne andre aktiveringsmoduser for vår robot ved å bruke for eksempel et magnetfelt,” sier Bellot.