Francuzi istražuju kako da konstruišu nanobota za proučavanje ćelika
Konstruisanje sićušnog robota iz DNK i njegovo korišćenje za proučavanje ćelijskih procesa nevidljivih golim okom… S pravom možete pomisliti da je to naučna fantastika, ali ona je, zapravo, predmet ozbiljnih istraživanja naučnika iz Francuskog nacionalnog instituta za naučna istraživanja, Univerziteta u Monpeljeu i Centra za strukturnu biologiju iz istog grada.
Taj visoko inovativni nanorobot trebalo bi da omogući pomnije proučavanje mehaničke sile koja djeluje na mikroskopskom nivou, a ključna je za mnoge biološke i patološke procese.
Na naše ćelije djeluje mehanička sila, pokrećući biološke signale bitne za mnoge ćelijske procese uključene u normalno funkcionisanje našeg tijela ili u razvoj bolesti.
Na primjer, osjećaj dodira djelimično je uslovljen djelovanjem mehaničke sile na određene ćelijske receptore, čije je otkriće, ove godine, nagrađeno Nobelovom nagradom za fiziologiju ili medicinu. Osim dodira, ti receptori osjetljivi na mehaničku silu (poznati kao mehanoreceptori) omogućuju regulaciju drugih ključnih bioloških procesa kao što su suženje krvnih sudova, percepcija bola, disanje ili, čak, djelovanje zvučnih talasa u uvu itd.
Disfunkcija te ćelijske mehanosenzitivnosti uključena je u mnoge bolesti – na primjer, rak. Naime, ćelije raka migriraju unutar tijela zvukom i stalnim prilagođavanjem mehaničkim svojstvima njihovog mikrookruženja. Takvo prilagođavanje moguće je samo zato što mehanoreceptori otkrivaju specifične sile koje prenose informacije ćelijskom citoskeletu, prenosi Sajens Dejli.
Trenutno je naše znanje o tim molekularnim mehanizmima uključenim u mehanosenzitivnost ćelija još uvijek vrlo ograničeno. Već je dostupno nekoliko tehnologija za primjenu kontrolisanih sila i proučavanje tih mehanizama. Međutim, one imaju brojna ograničenja. Konkretno, tehnologije su vrlo skupe i ne dopuštaju proučavanje nekoliko ćelijskih receptora odjednom, što njihovu upotrebu čini vrlo dugotrajnom, ako želimo prikupiti puno podataka.
DNA origami strukture
Kako bi predložio alternativu, istraživački tim na čelu s istraživačem Gaetanom Belotom u Centru za strukturnu biologiju u Monpeljeu, odlučio je koristiti metodu DNA origami. To omogućuje samostalnu montažu 3D nanostruktura u unaprijed definisani oblik pomoću molekula DNA kao građevinskog materijala. U posljednjih deset godina tehnika je omogućila veliki napredak u području nanotehnologije.
To je omogućilo istraživačima da dizajniraju nanorobota sastavljenog od tri strukture DNA origamija. Budući da je nanometarske veličine, kompatibilan je s veličinom ljudske ćelije. To omogućuje prvi put primjenu i kontrolu sile od jednog pikonjutna. Treba imati u vidu da jedan Njutn odgovara sili prsta koji drži olovku. To je prvi put da objekt zasnovan na DNK koji je stvorio čovjek može primijeniti silu s tom preciznošću.
Tim je započeo povezivanjem robota s molekulom koji prepoznaje mehanoreceptor. To je omogućilo usmjeravanje robota na neke od naših ćelija i posebno primjenu sile na ciljane mehanoreceptore lokalizovane na površini ćelija, kako bi se aktivirali.
Takav je alat vrlo vrijedan za osnovna istraživanja, jer bi se mogao koristiti za bolje razumijevanje molekularnih mehanizama uključenih u mehanosenzitivnost ćelija i otkrivanje novih ćelijskih receptora osjetljivih na mehaničku silu. Zahvaljujući nanorobotu, naučnici će, takođe, moći preciznije da proučavaju u kom se trenutku, kada primjenjuju silu, na nivou ćelija, aktiviraju ključni signalni putevi za mnoge biološke i patološke procese.
Nanoroboti će otkrivati signale patoloških procesa u organizmu (foto:Pixabay)„Dizajn robota koji omogućuje in vitro i in vivo primjenu pikonjutn sila zadovoljava rastuću potražnju u naučnoj zajednici i predstavlja veliki tehnološki napredak. Međutim, biokompatibilnost robota može se smatrati i prednošću za in vivo primjenu, ali, takođe, može pokazati osjetljivost na enzime koji mogu razgraditi DNK. Dakle, naš sljedeći korak biće proučavanje kako možemo modifiikovati površinu robota tako da bude manje osjetljiv na djelovanje enzima. Takođe ćemo pokušati da pronađemo druge načine aktivacije našeg robota koristeći, na primjer, magnetsko polje“, naglašava Belot.