Minirobot Konstruerad Entiret Av DNA

En minirobot konstruerades helt av DNA av forskare från Inserm, CNRS och Université de Montpellier vid Structural Biology Center i Montpellier. Nano-roboten kan leda till en närmare studie av de mekaniska krafter som appliceras på mikroskopiska nivåer, vilka är viktiga för olika biologiska och patologiska processer.

Studien publicerades i Nature Communications.

Celler Mechanosensitivitet

Våra celler möter mekaniska krafter som appliceras på en mikroskopisk skala, och dessa krafter utlöser biologiska signaler som är essentiella för många cellulära processer som ansvarar för den normala funktionen av vår kropp eller utvecklingen av vissa sjukdomar.

Dysfunktion av cellulär mechanosensitivitet är involverad i olika sjukdomar där de påverkade cellerna migrerar inom kroppen genom att omge och anpassa sig till de mekaniska egenskaperna hos deras mikromiljö. Denna anpassning är endast möjlig eftersom specifika krafter detekteras av mekanoreceptorer, som överför informationen till cellens cytoskelett.

Vår nuvarande kunskap om de molekylära mekanismer som är involverade i cellmechanosensitivitet är mycket begränsad, så forskarteamet ledd av Inserm-forskaren Gaëtan Bellot vid Structural Biology Center (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) beslutade att använda en alternativ metod som kallas DNA-origamimetoden.

DNA-Origamimetoden

DNA-origamimetoden möjliggör självmontering av 3D-nanostrukturer i en fördefinierad form med hjälp av DNA-molekylen som byggnadsmaterial. Tekniken har varit ansvarig för stora framsteg inom nanoteknikområdet.

Teamet använde metoden för att designa en “nano-robot” som består av tre DNA-origami-strukturer. Den är kompatibel med storleken på en mänsklig cell, och för första gången möjliggör den att applicera och kontrollera en kraft med en upplösning på 1 piconewton, vilket är en trilliondel av en Newton. En Newton kan jämföras med kraften från ett finger som klickar på en penna.

Den nya utvecklingen är den första gången som ett människotillverkat och självmonterat DNA-baserat föremål kan applicera kraft med denna nivå av precision.

Teamet kopplade roboten till en molekyl som känner igen en mekanoreceptor, vilket gjorde det möjligt att dirigera roboten till vissa av våra celler. De kunde också specifikt applicera krafter till målinriktade mekanoreceptorer lokaliserade på cellernas yta för att aktivera dem.

Verktyget kan visa sig vara mycket värdefullt för grundforskning. Det kan hjälpa experter att bättre förstå de molekylära mekanismer som är involverade i cellmechanosensitivitet, samt leda till upptäckten av nya cellreceptorer som är känsliga för mekaniska krafter.

“Designen av en robot som möjliggör applicering av piconewton-krafter in vitro och in vivo möter en växande efterfrågan inom den vetenskapliga gemenskapen och representerar en stor teknisk framsteg. Men biokompatibiliteten hos roboten kan anses vara både en fördel för in vivo-applikationer men också representera en svaghet med känslighet för enzymer som kan bryta ned DNA. Så vårt nästa steg kommer att vara att studera hur vi kan modifiera robotens yta så att den är mindre känslig för enzymernas verkan. Vi kommer också att försöka hitta andra aktiveringslägen för vår robot med hjälp av till exempel ett magnetfält”, säger Bellot.