A DNS-ből készült apró robot közelről és személyesen ismerkedik a sejtfolyamatokkal
Egy apró robot megépítése DNS-ből és felhasználása a szabad szemmel láthatatlan sejtfolyamatok tanulmányozására… Azt hihetnénk, hogy ez egy sci-fi, de valójában komoly kutatás tárgyát képezi az Inserm, a CNRS és az Université de Montpellier tudósai által a Montpellier-i Strukturális Biológiai Központban végzett kutatás. Ez a rendkívül innovatív “nanorobot” lehetővé tenné a mikroszkopikus szinten ható mechanikai erők közelebbi tanulmányozását, amelyek számos biológiai és kóros folyamat szempontjából kulcsfontosságúak. A Nature Communications című folyóiratban megjelent új tanulmányban ismertetik.
Sejtjeink mikroszkopikus méretű mechanikai erők hatására biológiai jeleket váltanak ki, amelyek számos olyan sejtfolyamathoz elengedhetetlenek, amelyek a szervezetünk normális működésében vagy a betegségek kialakulásában szerepet játszanak.
Az érintésérzés például részben a specifikus sejtreceptorokra ható mechanikai erők alkalmazásának függvénye (ennek felfedezését idén fiziológiai vagy orvosi Nobel-díjjal jutalmazták). Az érintésen kívül ezek a mechanikai erőkre érzékeny receptorok (ún. mechanoreceptorok) más kulcsfontosságú biológiai folyamatok szabályozását is lehetővé teszik, mint például az erek összehúzódása, a fájdalomérzet, a légzés vagy akár a hanghullámok érzékelése a fülben stb.
A sejtek mechanoszenzitivitásának zavara számos betegségben szerepet játszik – például a rákban: a rákos sejtek a szervezetben úgy vándorolnak, hogy folyamatosan alkalmazkodnak a mikrokörnyezetük mechanikai tulajdonságaihoz. Ez az alkalmazkodás csak azért lehetséges, mert a specifikus erőket a mechanoreceptorok érzékelik, amelyek továbbítják az információt a sejtek citoszkeletonjához.
Jelenleg a sejtek mechanoszenzitivitásában szerepet játszó e molekuláris mechanizmusokkal kapcsolatos ismereteink még mindig nagyon korlátozottak. Számos technológia áll már rendelkezésre a szabályozott erők alkalmazására és e mechanizmusok tanulmányozására, de ezek számos korlátozással rendelkeznek. Különösen költségesek, és nem teszik lehetővé, hogy egyszerre több sejtreceptort vizsgáljunk, ami nagyon időigényessé teszi a használatukat, ha sok adatot szeretnénk gyűjteni.
DNS origami struktúrák
Az Inserm kutatója, Gaëtan Bellot vezette kutatócsoport a Strukturális Biológiai Központban (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) úgy döntött, hogy a DNS origami módszerét alkalmazza. Ez lehetővé teszi a 3D nanostruktúrák előre meghatározott formájú önös összerakását a DNS-molekula mint építőanyag felhasználásával. Az elmúlt tíz évben ez a technika jelentős előrelépéseket tett lehetővé a nanotechnológia területén.
Ez tette lehetővé a kutatók számára, hogy három DNS origami szerkezetből álló “nanorobotot” tervezzenek. Nanoméretű, tehát az emberi sejtek méretével kompatibilis. Ez teszi lehetővé először, hogy 1 piconewton, azaz egy Newton trilliomod része felbontású erőt alkalmazzanak és irányítsanak – 1 Newton megfelel egy tollra kattintó ujj erejének. Ez az első alkalom, hogy egy ember által készített, önszerveződő DNS-alapú tárgy ilyen pontossággal képes erőt kifejteni.
A csapat azzal kezdte, hogy a robotot egy mechanoreceptort felismerő molekulával kapcsolta össze. Ez lehetővé tette, hogy a robotot egyes sejtjeinkre irányítsák, és kifejezetten a sejtek felszínén lokalizált, célzott mechanoreceptorokra erőhatást gyakoroljanak, hogy aktiválják azokat.
Egy ilyen eszköz nagyon értékes az alapkutatás számára, mivel segítségével jobban megérthetjük a sejtek mechanoszenzitivitásában szerepet játszó molekuláris mechanizmusokat, és új, a mechanikai erőkre érzékeny sejtreceptorokat fedezhetünk fel. A robotnak köszönhetően a tudósok azt is pontosabban tanulmányozhatják majd, hogy az erő alkalmazásakor milyen pillanatban aktiválódnak a sejtek szintjén a számos biológiai és patológiás folyamatot kiváltó kulcsfontosságú jelátviteli útvonalak.
“A piconewton erő in vitro és in vivo alkalmazását lehetővé tevő robot tervezése megfelel a tudományos közösség növekvő igényeinek, és jelentős technológiai előrelépést jelent. A robot biokompatibilitása azonban egyszerre tekinthető előnynek az in vivo alkalmazások esetében, ugyanakkor a DNS-t lebontó enzimekkel szembeni érzékenységével gyengeséget is jelenthet. A következő lépésünk tehát annak vizsgálata lesz, hogy miként tudjuk úgy módosítani a robot felületét, hogy az kevésbé legyen érzékeny az enzimek hatására. Megpróbálunk más módokat is találni robotunk aktiválására, például mágneses mezőt használva” – hangsúlyozza Bellot.
