Tamamen DNA’dan Oluşturulan Minik Robot

Inserm, CNRS ve Université de Montpellier’den bilim adamları tarafından Montpellier’deki Structural Biology Center’da tamamen DNA’dan oluşan bir mini robot inşa edildi. Nano-robot, mikroskobik düzeyde uygulanan mekanik kuvvetlerin daha yakından incelenmesine yol açabilir, bu kuvvetler çeşitli biyolojik ve patolojik süreçler için önemlidir.

Çalışma Nature Communications‘de yayımlandı.

Hücre Mekanosensitivitesi

Hücrelerimiz, mikroskobik ölçekte uygulanan mekanik kuvvetlere maruz kalır ve bu kuvvetler, vücudumuzun normal işleyişi veya belirli hastalıkların gelişimi için sorumlu olan birçok hücre sürecini tetikleyen biyolojik sinyalleri tetikler.

Hücre mekanosensitivitesi bozukluğu, etkilenen hücrelerin vücud içinde göç ettiği ve mikroçevrelerinin mekanik özelliklerine göre çevreleyip adapte olduğu çeşitli hastalıklarda yer alır. Bu adaptasyon, yalnızca belirli kuvvetlerin mekanoreseptörler tarafından tespit edilebilmesi nedeniyle mümkündür, mekanoreseptörler bu bilgileri hücre iskeletine iletir.

Hücre mekanosensitivitesinde yer alan moleküler mekanizmalar hakkındaki mevcut bilgilerimiz çok sınırlıdır, bu nedenle Inserm araştırmacısı Gaëtan Bellot’un liderliğindeki araştırma ekibi, Structural Biology Center (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) tarafından DNA origami yöntemi olarak adlandırılan alternatif bir yöntem kullanmaya karar verdi.

DNA Origami Yöntemi

DNA origami yöntemi, DNA molekülünü inşaat malzemesi olarak kullanarak önceden tanımlanmış bir forma 3D nano yapıların kendiliğinden montajına olanak tanır. Bu teknik, nanoteknoloji alanında önemli ilerlemelere yol açmıştır.

Ekibin bu yöntemi kullanarak tasarladığı “nano-robot”, üç DNA origami yapısından oluşur. İnsan hücrelerinin boyutuna uyumlu olup, ilk kez 1 piconewton çözünürlüğüyle kuvvet uygulanmasını ve kontrol edilmesini sağlar. Bir Newton, bir parmağın kalem üzerine tıklatma kuvvetine benzer.

Bu yeni gelişme, insan yapımı ve kendiliğinden bir araya gelen DNA temelli bir nesnenin bu düzeyde doğrulukla kuvvet uygulayabilmesinin ilk örneğidir.

Araştırmacılar, robotu bir mekanoreseptörü tanıyan bir molekülle birleştirdiler, bu da robotu bazı hücrelerimize yönlendirmelerine olanak tanıdı. Ayrıca, hücrelerin yüzeyindeki hedeflenen mekanoreseptörleri lokalize ederek ve onları aktive etmek için onlara özel kuvvetler uygulayabildiler.

Bu araç, temel araştırmalar için son derece değerli olabilir. Hücre mekanosensitivitesinde yer alan moleküler mekanizmaları daha iyi anlamalarına ve mekanik kuvvetlere duyarlı yeni hücre reseptörlerinin keşfine yardımcı olabilir.

“İn vitro ve in vivo piconewton kuvvetlerinin uygulanmasını sağlayan bir robotun tasarımı, bilimsel toplulukta artan bir talebi karşılar ve önemli bir teknolojik ilerlemeyi temsil eder. Ancak, robotun biyouyumluluğu, in vivo uygulamalar için bir avantaj olarak düşünülebilir, ancak aynı zamanda DNA’yı bozabilen enzimlerに対する duyarlılık açısından bir zayıflık teşkil edebilir. Bu nedenle, bir sonraki adımımız, robotun yüzeyini enzimler karşısında daha az duyarlı hale getirmek için nasıl değiştirebileceğimizi incelemek olacaktır. Ayrıca, örneğin manyetik bir alan kullanarak robotumuzu aktive etmenin diğer yollarını da arayacağız” diyor Bellot.