Robot Nhỏ Được Xây Dựng Toàn Bộ Từ DNA

Một robot nhỏ được xây dựng hoàn toàn từ DNA bởi các nhà khoa học từ Inserm, CNRS và Université de Montpellier tại Trung tâm Sinh học Cấu trúc ở Montpellier. Robot nano này có thể dẫn đến việc nghiên cứu gần hơn về các lực cơ học được áp dụng ở mức độ hiển vi, điều quan trọng cho các quá trình sinh học và bệnh lý khác nhau.

Nghiên cứu được công bố trên Nature Communications.

Cảm Biến Cơ Học Tế Bào

Tế bào của chúng ta đối mặt với các lực cơ học được áp dụng trên quy mô hiển vi, và các lực này kích hoạt các tín hiệu sinh học thiết yếu cho nhiều quá trình tế bào chịu trách nhiệm cho chức năng bình thường của cơ thể chúng ta hoặc sự phát triển của某些 bệnh.

Rối loạn cảm biến cơ học tế bào liên quan đến các bệnh khác nhau nơi các tế bào bị ảnh hưởng di chuyển trong cơ thể bằng cách bao quanh và thích nghi với các tính chất cơ học của môi trường vi mô của chúng. Sự thích nghi này chỉ có thể xảy ra vì các lực cụ thể được phát hiện bởi các thụ thể cơ học, truyền tải thông tin đến khung xương tế bào.

Kiến thức hiện tại của chúng ta về các cơ chế phân tử liên quan đến cảm biến cơ học tế bào rất hạn chế, vì vậy nhóm nghiên cứu do nhà nghiên cứu Inserm Gaëtan Bellot tại Trung tâm Sinh học Cấu trúc (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) quyết định sử dụng một phương pháp thay thế được gọi là phương pháp DNA origami.

Phương Pháp DNA Origami

Phương pháp DNA origami cho phép tự lắp ráp các cấu trúc nano 3D theo hình dạng định trước bằng cách sử dụng phân tử DNA làm vật liệu xây dựng. Kỹ thuật này đã chịu trách nhiệm cho những tiến bộ lớn trong lĩnh vực công nghệ nano.

Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp này để thiết kế một “robot nano” bao gồm ba cấu trúc DNA origami. Nó tương thích với kích thước của một tế bào người, và lần đầu tiên, nó cho phép áp dụng và kiểm soát một lực với độ phân giải 1 piconewton, tương đương một phần nghìn tỷ Newton. Một Newton có thể so sánh với lực của một ngón tay nhấp vào một chiếc bút.

Phát triển mới này là lần đầu tiên một vật thể tự lắp ráp dựa trên DNA do con người tạo ra có thể áp dụng lực với mức độ chính xác này.

Đội nghiên cứu đã kết hợp robot với một phân tử nhận ra một thụ thể cơ học, điều này cho phép họ chỉ đạo robot đến một số tế bào của chúng ta. Họ cũng có thể áp dụng lực cụ thể cho các thụ thể cơ học mục tiêu trên bề mặt tế bào để kích hoạt chúng.

Công cụ này có thể chứng minh rất có giá trị cho nghiên cứu cơ bản. Nó có thể giúp các chuyên gia hiểu rõ hơn về các cơ chế phân tử liên quan đến cảm biến cơ học tế bào, cũng như dẫn đến việc phát hiện ra các thụ thể tế bào mới nhạy cảm với lực cơ học.

“Thiết kế một robot cho phép áp dụng lực piconewton trong ống nghiệm và trong vivo đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong cộng đồng khoa học và đại diện cho một bước tiến công nghệ lớn. Tuy nhiên, tính tương thích sinh học của robot có thể được coi là một lợi thế cho các ứng dụng trong vivo nhưng cũng có thể đại diện cho một điểm yếu với độ nhạy cảm đối với các enzym có thể phân hủy DNA. Vì vậy, bước tiếp theo của chúng tôi sẽ là nghiên cứu cách chúng tôi có thể sửa đổi bề mặt của robot để nó ít nhạy cảm hơn với tác động của các enzym. Chúng tôi cũng sẽ cố gắng tìm ra các chế độ kích hoạt khác của robot của chúng tôi bằng cách sử dụng, ví dụ, một trường từ,” Bellot nói.