Mały robot zbudowany całkowicie z DNA

Naukowcy z Inserm, CNRS i Université de Montpellier w Centrum Biologii Strukturalnej w Montpellier zbudowali małego robota całkowicie z DNA. Nano-robot może przyczynić się do bliższego zbadania sił mechanicznych stosowanych na poziomie mikroskopowym, które są ważne dla różnych procesów biologicznych i patologicznych.

Badanie zostało opublikowane w Nature Communications.

Czujność Mechaniczna Komórek

Nasze komórki są narażone na siły mechaniczne, które są wywierane na poziomie mikroskopowym, a te siły wyzwalają sygnały biologiczne, które są niezbędne do wielu procesów komórkowych odpowiedzialnych za prawidłowe funkcjonowanie naszego organizmu lub rozwój pewnych chorób.

Niedostateczna czujność mechaniczna komórek jest zaangażowana w różne choroby, w których dotknięte komórki migrują wewnątrz organizmu, otaczając i adaptując się do właściwości mechanicznych ich mikrośrodowiska. Ta adaptacja jest możliwa tylko dlatego, że specyficzne siły są wykrywane przez mechanoreceptory, które przekazują informacje do cytoszkieletu komórki.

Nasza obecna wiedza na temat molekularnych mechanizmów zaangażowanych w czujność mechaniczną komórek jest bardzo ograniczona, dlatego zespół badawczy kierowany przez naukowca Inserm Gaëtana Bellota w Centrum Biologii Strukturalnej (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) zdecydował się użyć alternatywnej metody, znanej jako metoda origami DNA.

Metoda Origami DNA

Metoda origami DNA umożliwia samo-zbierananie się nanostruktur 3D w określonej formie przy użyciu cząsteczki DNA jako materiału budulcowego. Technika ta była odpowiedzialna za znaczne postępy w dziedzinie nanotechnologii.

Zespół użył tej metody do zaprojektowania „nano-robota”, który składa się z trzech struktur origami DNA. Jest on kompatybilny z rozmiarem komórki ludzkiej i po raz pierwszy umożliwia aplikowanie i kontrolę siły z rozdzielczością 1 piconewtona, co jest jedną trylionową częścią Newtona. Jeden Newton można porównać do siły palca klikającego na pióro.

Nowy rozwój jest pierwszym przypadkiem, w którym ludzkie, samozbierające się obiekty DNA mogą aplikować siłę z tym poziomem dokładności.

Zespół połączył robota z molekułą, która rozpoznaje mechanoreceptor, co umożliwiło skierowanie robota do niektórych naszych komórek. Mogli również specyficznie aplikować siły do ukierunkowanych mechanoreceptorów zlokalizowanych na powierzchni komórek, aby je aktywować.

Narzędzie to może okazać się bardzo cenne dla badań podstawowych. Może pomóc ekspertom lepiej zrozumieć molekularne mechanizmy zaangażowane w czujność mechaniczną komórek, a także przyczynić się do odkrycia nowych receptorów komórkowych wrażliwych na siły mechaniczne.

“Projekt robota umożliwiającego aplikowanie sił piconewtonowych in vitro i in vivo spełnia rosnące zapotrzebowanie w społeczności naukowej i stanowi znaczny postęp technologiczny. Jednak biokompatybilność robota może być zarówno zaletą dla aplikacji in vivo, jak i słabością z wrażliwością na enzymy, które mogą degradować DNA. Naszym następnym krokiem będzie zbadanie, jak możemy modyfikować powierzchnię robota, aby był mniej wrażliwy na działanie enzymów. Będziemy również próbowali znaleźć inne sposoby aktywacji naszego robota, na przykład przy użyciu pola magnetycznego”, mówi Bellot.