โรบอตขนาดเล็กสร้างขึ้นจาก DNA ทั้งหมด

นักวิทยาศาสตร์จาก Inserm, CNRS และ Université de Montpellier ที่ศูนย์ Structural Biology Center ในเมืองมองเปอลีเยสร้างโรบอตขนาดเล็กขึ้นจาก DNA ทั้งหมด โรบอตขนาดนาโนสามารถนำไปสู่การศึกษาความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับแรงกลที่ใช้บนระดับจุลภาค ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับกระบวนการทางชีววิทยาและพยาธิวิทยาหลายอย่าง

การศึกษาได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Communications.

ความไวต่อแรงกลของเซลล์

เซลล์ของเราต้องเผชิญกับแรงกลที่ใช้บนระดับจุลภาค และแรงเหล่านี้จะกระตุ้นให้เกิดสัญญาณทางชีววิทยาที่จำเป็นต่อกระบวนการของเซลล์หลายอย่างที่รับผิดชอบต่อการทำงานปกติของร่างกายหรือการเกิดโรคบางอย่าง

การทำงานผิดปกติของความไวต่อแรงกลของเซลล์เกี่ยวข้องกับโรคหลายอย่างที่เซลล์ที่ได้รับผลกระทบจะย้ายภายในร่างกายโดยล้อมรอบและปรับตัวให้เข้ากับคุณสมบัติทางกลของสภาพแวดล้อมจุลภาคได้ การปรับตัวนี้เป็นไปได้เพียงเพราะแรงเฉพาะถูกตรวจจับโดย mechanoreceptors ซึ่งส่งต่อข้อมูลไปยัง cytoskeleton ของเซลล์

ความรู้ในปัจจุบันเกี่ยวกับกลไกทาง分子的ที่เกี่ยวข้องกับความไวต่อแรงกลของเซลล์ยังคงมีจำกัด ดังนั้นทีมวิจัยที่นำโดยนักวิจัย Gaëtan Bellot จาก Structural Biology Center (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) จึงตัดสินใจใช้วิธีการที่เรียกว่า DNA origami method

วิธีการ DNA Origami

วิธีการ DNA origami ช่วยให้สามารถสร้างโครงสร้างนาโน 3 มิติในรูปแบบที่กำหนดไว้ล่วงหน้าโดยใช้ DNA เป็นวัสดุในการก่อสร้าง เทคนิคนี้มีผลกระทบอย่างมากต่อพื้นที่นาโนเทคโนโลยี

ทีมวิจัยใช้วิธีนี้เพื่อออกแบบ “โรบอตนาโน” ที่ประกอบด้วยโครงสร้าง DNA origami 3 ชิ้น ซึ่งเข้ากันได้กับขนาดของเซลล์มนุษย์ และเป็นครั้งแรกที่สามารถใช้และควบคุมแรงได้ด้วยความละเอียด 1 piconewton ซึ่งเป็นหนึ่งในหน่วยล้านของนิวตัน หนึ่งนิวตันสามารถเทียบเท่ากับแรงของนิ้วที่กดปากกา

การ разработкаใหม่นี้เป็นครั้งแรกที่วัตถุ DNA ที่สร้างขึ้นโดยมนุษย์และรวมตัวกันเองสามารถใช้แรงได้ด้วยความแม่นยำระดับนี้

ทีมวิจัยได้เชื่อมต่อโรบอตกับโมเลกุลที่รู้จัก mechanoreceptor ซึ่งช่วยให้สามารถกำหนดเป้าหมายเซลล์ของเราได้ และสามารถใช้แรงเฉพาะกับ mechanoreceptors ที่อยู่บนพื้นผิวของเซลล์เพื่อกระตุ้นให้เกิดการทำงาน

เครื่องมือนี้อาจมีคุณค่ามากสำหรับการวิจัยพื้นฐาน สามารถช่วยให้นักวิจัยเข้าใจกลไกทาง分子的ที่เกี่ยวข้องกับความไวต่อแรงกลของเซลล์ได้ดีขึ้น และอาจนำไปสู่การค้นพบตัวรับเซลล์ใหม่ที่ไวต่อแรงกล

“การออกแบบโรบอตที่สามารถใช้แรงได้ด้วยความแม่นยำระดับ piconewton ในห้องปฏิบัติการและในร่างกายเป็นไปตามความต้องการที่เพิ่มขึ้นในวงการวิทยาศาสตร์ และเป็นความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สำคัญ อย่างไรก็ตาม ความเข้ากันได้ทางชีวภาพของโรบอตอาจถือเป็นทั้งจุดแข็งสำหรับการใช้งานในร่างกาย แต่ยังอาจเป็นจุดอ่อนที่มีความไวต่อเอนไซม์ที่สามารถย่อย DNA ได้ ดังนั้นขั้นตอนต่อไปของเราจะเป็นการศึกษาวิธีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของโรบอตให้น้อยกว่าความไวต่อการกระทำของเอนไซม์ และเราจะพยายามหาวิธีการกระตุ้นการทำงานของโรบอตโดยใช้สนามแม่เหล็กเป็นต้น” Bellot กล่าว