Social menu is not set. You need to create menu and assign it to Social Menu on Menu Settings.

11 sierpnia 2022

„Nano-robot” zbudowany całkowicie z DNA

Fot.: Argonne

Skonstruowanie maleńkiego robota z DNA i wykorzystanie go do badania procesów komórkowych niewidocznych gołym okiem… Można by pomyśleć, że to science fiction, ale w rzeczywistości jest to przedmiot poważnych badań naukowców z Inserm, CNRS i Université de Montpellier w Structural Biology Center w Montpellier[1]. Ten wysoce innowacyjny „nano-robot” powinien umożliwić bliższe badanie sił mechanicznych działających na poziomach mikroskopowych, które są kluczowe dla wielu procesów biologicznych i patologicznych. Został on opisany w nowym badaniu opublikowanym w Nature Communications.

Nasze komórki podlegają siłom mechanicznym wywieranym w skali mikroskopowej, uruchamiając sygnały biologiczne istotne dla wielu procesów komórkowych zaangażowanych w normalne funkcjonowanie naszego organizmu lub w rozwój chorób.

Na przykład odczuwanie dotyku jest częściowo uwarunkowane działaniem sił mechanicznych na specyficzne receptory komórkowe (których odkrycie zostało w tym roku nagrodzone Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny). Oprócz dotyku, te receptory wrażliwe na siły mechaniczne (zwane mechanoreceptorami) umożliwiają regulację innych kluczowych procesów biologicznych, takich jak zwężanie naczyń krwionośnych, percepcja bólu, oddychanie czy nawet wykrywanie fal dźwiękowych w uchu itp.

Zaburzenia tej komórkowej mechanosensytywności są zaangażowane w wiele chorób — na przykład nowotwory: komórki nowotworowe migrują w obrębie organizmu, wydając dźwięki i stale dostosowując się do właściwości mechanicznych swojego mikrośrodowiska. Taka adaptacja jest możliwa tylko dlatego, że specyficzne siły są wykrywane przez mechanoreceptory, które przekazują informacje do cytoszkieletu komórki.

Obecnie nasza wiedza na temat tych molekularnych mechanizmów zaangażowanych w mechanowrażliwość komórek jest wciąż bardzo ograniczona. Dostępnych jest już kilka technologii umożliwiających zastosowanie kontrolowanych sił i badanie tych mechanizmów, ale mają one szereg ograniczeń. W szczególności, są one bardzo kosztowne i nie pozwalają na badanie kilku receptorów komórkowych jednocześnie, co sprawia, że ich użycie jest bardzo czasochłonne, jeśli chcemy zebrać wiele danych.

Struktury DNA origami

Aby zaproponować alternatywę, zespół badawczy kierowany przez badacza Inserm Gaëtana Bellota z Centrum Biologii Strukturalnej (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) postanowił wykorzystać metodę DNA origami. Umożliwia ona samodzielne składanie trójwymiarowych nanostruktur w zdefiniowanej wcześniej formie, wykorzystując cząsteczkę DNA jako materiał konstrukcyjny. W ciągu ostatnich dziesięciu lat technika ta pozwoliła na duży postęp w dziedzinie nanotechnologii.

Dzięki temu naukowcy mogli zaprojektować „nanorobota” złożonego z trzech struktur DNA origami. O rozmiarach nanometrycznych, jest więc zgodny z wielkością ludzkiej komórki. Dzięki temu po raz pierwszy możliwe jest zastosowanie i kontrolowanie siły z rozdzielczością 1 pikonewtona, czyli jednej bilionowej części Newtona – przy czym 1 Newton odpowiada sile nacisku palca na długopis. Jest to pierwszy przypadek, kiedy stworzony przez człowieka, samozespolony obiekt oparty na DNA może przyłożyć siłę z taką dokładnością.

Zespół rozpoczął od połączenia robota z cząsteczką, która rozpoznaje mechanoreceptor. Dzięki temu możliwe było skierowanie robota do niektórych komórek i specyficzne przyłożenie siły do docelowych mechanoreceptorów zlokalizowanych na powierzchni komórek w celu ich aktywacji.

Takie narzędzie jest bardzo cenne dla badań podstawowych, ponieważ może być wykorzystane do lepszego zrozumienia mechanizmów molekularnych zaangażowanych w mechanowrażliwość komórek i odkrycia nowych receptorów komórkowych wrażliwych na siły mechaniczne. Dzięki robotowi naukowcy będą mogli również dokładniej zbadać, w którym momencie, przy zastosowaniu siły, na poziomie komórki aktywowane są kluczowe ścieżki sygnalizacyjne dla wielu procesów biologicznych i patologicznych.

„Projekt robota umożliwiającego aplikację in vitro i in vivo pikonewtonowych sił odpowiada na rosnące zapotrzebowanie w środowisku naukowym i stanowi duży postęp technologiczny. Jednakże biokompatybilność robota może być uznana zarówno za zaletę dla zastosowań in vivo, ale może również stanowić słabość przy wrażliwości na enzymy mogące degradować DNA. Naszym kolejnym krokiem będzie więc zbadanie, jak możemy zmodyfikować powierzchnię robota, aby był mniej wrażliwy na działanie enzymów. Spróbujemy też znaleźć inne sposoby aktywacji naszego robota wykorzystując np. pole magnetyczne – podkreśla Bellot.

[1] Do badań przyczyniły się również: Instytut Genomiki Funkcjonalnej (CNRS/Inserm/Université de Montpellier), Instytut Biomolekuł Maxa Mousserona (CNRS/Université de Montpellier/ENSCM), Centrum Badawcze Paula Pascala (CNRS/Université de Bordeaux) oraz Fizjologia i Medycyna Doświadczalna: Laboratorium Mięśni Serca (CNRS/Inserm/Université de Montpellier).

Źródło: INSERM (Institut national de la santé et de la recherche médicale)

0 0 votes
Article Rating
Subskrybuj
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Dodaj komentarzx