Inserm, CNRS ve Université de Montpellier'den bilim insanları tarafından birçok biyolojik ve patolojik süreç için çok önemli olan mikroskobik seviyelerde uygulanan, mekanik kuvvetlerin daha yakından incelenmesini sağlayan DNA’dan yapılmış bir nano-robot geliştirildi.
DNA'dan yapılan bu küçük robot sayesinde çıplak gözle görülemeyen hücre süreçlerini incelemek mümkün olacak.
Hücrelerimize mikroskobik ölçekte mekanik kuvvetler uygulanır. Vücudumuzun normal işleyişinde veya hastalıkların gelişiminde rol oynayan birçok hücre süreci için gerekli olan biyolojik sinyalleri tetiklerler.
Örneğin, dokunma hissi kısmen belirli hücre reseptörlerine mekanik kuvvetlerin uygulanmasına bağlıdır. Bu keşif bu yıl Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü ile ödüllendirilmiştir. Dokunmaya ek olarak, mekanik kuvvetlere (mekanoreseptörler olarak bilinir) duyarlı olan bu reseptörler, kan damarı daralması, nefes alma, ağrı algılama ve hatta kulaktaki ses dalgalarının algılanması gibi diğer önemli biyolojik süreçlerin düzenlenmesini sağlar.
Bu hücresel mekanosensitivitenin işlev bozukluğu aslında birçok hastalıkta rol oynar. Buna örnek olarak kanseri verebiliriz. Kanser hücreleri ses çıkararak ve mikroçevrelerinin mekanik özelliklerine sürekli uyum sağlayarak vücut içinde göç ederler. Bu tür bir adaptasyon, yalnızca bilgiyi hücre hücre iskeletine ileten mekanoreseptörler tarafından belirli kuvvetler tespit edildiğinden mümkündür.
Şu anda, hücre mekanosensitivitesinde yer alan bu moleküler mekanizmalar hakkındaki bilgimiz hala çok sınırlıdır. Kontrollü kuvvetleri uygulamak ve bu mekanizmaları incelemek için halihazırda çeşitli teknolojiler mevcuttur, ancak bunların bir takım sınırlamaları vardır. Özellikle, çok maliyetlidirler ve aynı anda birkaç hücre reseptörünü incelememize izin vermezler, bu da çok fazla veri toplamak istiyorsak kullanımlarını çok zaman alıcı hale getirir.
Bir alternatif önermek için, Yapısal Biyoloji Merkezi'nde (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) Inserm araştırmacısı Gaëtan Bellot liderliğindeki araştırmacılardan oluşan ekip, DNA origami yöntemini kullanmaya karar verdi. Bu, bir yapı malzemesi olarak DNA molekülü kullanılarak önceden tanımlanmış bir biçimde 3D nano yapıların kendi kendine montajını sağlar. Son on yılda, teknik, nanoteknoloji alanında büyük ilerlemelere izin verdi.
Bu, ekibin üç DNA origami yapısından oluşan bir "nano-robot" tasarlamasını sağladı. Nanometrik boyutta olduğu için insan hücresi boyutuyla uyumludur. İlk kez 1 piconewton, yani bir Newton'un trilyonda biri çözünürlüğe sahip bir kuvveti uygulamayı ve kontrol etmeyi mümkün kılıyor. 1 Newton, bir parmağın bir kaleme tıklama kuvvetine karşılık geliyor. Bu, insan yapımı, kendi kendine bir araya getirilen DNA tabanlı bir nesnenin bu hassasiyetle güç uygulayabildiği ilk zamandır.
Başlamak için, araştırmacılar robotu bir mekanoreseptörü tanıyan bir molekülle birleştirdi. Bu, robotu bazı hücrelerimize yönlendirmeyi ve hücrelerin yüzeyinde lokalize hedeflenen mekanoreseptörleri aktive etmek için özel olarak kuvvetler uygulamayı mümkün kıldı.
Böyle bir araç, hücre mekanik duyarlılığında yer alan moleküler mekanizmaları daha iyi anlamak ve mekanik kuvvetlere duyarlı yeni hücre reseptörlerini keşfetmek için kullanılabileceğinden, temel araştırmalar için çok değerlidir. Robot sayesinde araştırmacılar ayrıca kuvvet uygulandığında hücre düzeyinde birçok biyolojik ve patolojik süreç için anahtar sinyal yollarının hangi anda aktive edildiğini daha kesin olarak inceleyebilecekler.
Piconewton kuvvetlerinin in vitro (yapay ortam) ve in vivo (canlı ortam) uygulanmasını sağlayan bir robot tasarımı, bilim camiasında artan bir talebi karşılar ve büyük bir teknolojik ilerlemeyi temsil eder. Bununla birlikte, robotun biyouyumluluğu hem in vivo uygulamalar için bir avantaj olarak kabul edilebilir hem de DNA'yı parçalayabilen enzimlere karşı hassasiyette bir zayıflığı temsil edebilir. Dolayısıyla bir sonraki adımımız, robotun yüzeyini enzimlerin etkisine daha az duyarlı olacak şekilde nasıl değiştirebileceğimizi incelemek olacak. Ayrıca, örneğin bir manyetik alan kullanarak robotumuzun başka aktivasyon modlarını bulmaya çalışacağız” diye vurguluyor Bellot.
Kaynak: https://scitechdaily-com.translate.goog/innovative-nano-robot-built-entirely-from-dna-to-explore-microscopic-biological-processes/amp/
コメント