“روبوت النانو” المبتكر مبني بالكامل من الحمض النووي لاستكشاف العمليات البيولوجية المجهرية
بناء روبوت صغير من الحمض النووي واستخدامه لدراسة العمليات الخلوية غير المرئية بالعين المجردة … على الرغم من أنه يبدو بالتأكيد مثل الخيال العلمي، إلا أنه في الواقع موضوع بحث جاد من قبل علماء من Inserm وCNRS وجامعة مونبلييه في مركز البيولوجيا الهيكلية في مونبلييه.
يجب أن يتيح هذا “الروبوت النانوي” المبتكر للغاية إجراء دراسة عن كثب للقوى الميكانيكية المطبقة على المستويات المجهرية، والتي تعتبر ضرورية للعديد من العمليات البيولوجية والمرضية.
تم وصفه في دراسة جديدة ستنشر اليوم (28 يوليو 2022) في مجلة Nature Communications .
تُبذل القوى الميكانيكية على خلايانا على نطاق مجهري. إنها تطلق إشارات بيولوجية ضرورية للعديد من العمليات الخلوية التي تشارك في الأداء الطبيعي لجسمنا أو في تطور الأمراض.
على سبيل المثال، فإن الشعور باللمس مرهون جزئيًا بتطبيق قوى ميكانيكية على مستقبلات خلوية معينة (حصل اكتشافها هذا العام على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب).
بالإضافة إلى اللمس، فإن هذه المستقبلات الحساسة للقوى الميكانيكية (المعروفة باسم المستقبلات الميكانيكية) تمكن من تنظيم العمليات البيولوجية الرئيسية الأخرى مثل انقباض الأوعية الدموية، والتنفس، وإدراك الألم، وحتى اكتشاف الموجات الصوتية في الأذن.
إن الخلل الوظيفي لهذه الحساسية الميكانيكية الخلوية متورط في الواقع في العديد من الأمراض.
السرطان، على سبيل المثال: تهاجر الخلايا السرطانية داخل الجسم عن طريق السبر والتكيف باستمرار مع الخصائص الميكانيكية لبيئتها المكروية.
مثل هذا التكيف ممكن فقط لأن قوى معينة تكتشفها المستقبلات الميكانيكية التي تنقل المعلومات إلى الهيكل الخلوي للخلية.
في الوقت الحاضر، لا تزال معرفتنا بهذه الآليات الجزيئية المرتبطة بالحساسية الميكانيكية للخلية محدودة للغاية. تتوفر بالفعل العديد من التقنيات لتطبيق القوى الخاضعة للرقابة ودراسة هذه الآليات، لكن لديها عددًا من القيود.
على وجه الخصوص، فهي مكلفة للغاية ولا تسمح لنا بدراسة عدة مستقبلات خلوية في وقت واحد، مما يجعل استخدامها يستغرق وقتًا طويلاً إذا أردنا جمع الكثير من البيانات.
هياكل اوريغامي الحمض النووي
من أجل اقتراح بديل، قرر فريق الباحثين بقيادة الباحث في Inserm Gaëtan Bellot في مركز البيولوجيا الإنشائية (Inserm / CNRS / Université de Montpellier) استخدام طريقة DNA Origami.
يتيح ذلك إمكانية التجميع الذاتي للهياكل النانوية ثلاثية الأبعاد في شكل محدد مسبقًا باستخدام جزيء الحمض النووي كمواد بناء. على مدى السنوات العشر الماضية، سمحت هذه التقنية بإحداث تقدم كبير في مجال تكنولوجيا النانو.
وقد مكّن هذا الفريق من تصميم “روبوت نانوي” يتألف من ثلاثة هياكل أوريغامي للحمض النووي.
نظرًا لأنه بحجم نانومتر، فهو بالتالي متوافق مع حجم الخلية البشرية. إنه يجعل من الممكن لأول مرة تطبيق قوة والتحكم فيها بدقة تبلغ 1 بيكونيوتن ، أي واحد تريليون من نيوتن – مع 1 نيوتن يقابل قوة إصبع ينقر على قلم.
هذه هي المرة الأولى التي يمكن فيها لجسم قائم على الحمض النووي من صنع الإنسان ومجمع ذاتيًا أن يطبق القوة بهذه الدقة.
للبدء، ربط الباحثون الروبوت بجزيء يتعرف على المستقبلات الميكانيكية. هذا جعل من الممكن توجيه الروبوت إلى بعض خلايانا وتطبيق قوى على وجه التحديد على المستقبلات الميكانيكية المستهدفة المترجمة على سطح الخلايا من أجل تنشيطها.
تعتبر هذه الأداة ذات قيمة كبيرة للبحث الأساسي، حيث يمكن استخدامها لفهم الآليات الجزيئية المشاركة في التحسس الميكانيكي للخلية بشكل أفضل واكتشاف مستقبلات خلوية جديدة حساسة للقوى الميكانيكية.
بفضل الروبوت، سيتمكن الباحثون أيضًا من الدراسة بشكل أكثر دقة في أي لحظة، عند تطبيق القوة، يتم تنشيط مسارات الإشارات الرئيسية للعديد من العمليات البيولوجية والمرضية على مستوى الخلية.
“إن تصميم الروبوت الذي يمكّن التطبيق المختبري والحيوي لقوى البيكونيوتن يلبي طلبًا متزايدًا في المجتمع العلمي ويمثل تقدمًا تقنيًا كبيرًا.
ومع ذلك، يمكن اعتبار التوافق الحيوي للروبوت ميزة للتطبيقات في الجسم الحي ولكنه قد يمثل أيضًا ضعفًا في الحساسية تجاه الإنزيمات التي يمكن أن تؤدي إلى تدهور الحمض النووي.
لذا فإن خطوتنا التالية ستكون دراسة كيف يمكننا تعديل سطح الروبوت بحيث يكون أقل حساسية لعمل الإنزيمات.
سنحاول أيضًا العثور على أنماط أخرى لتنشيط الروبوت الخاص بنا باستخدام مجال مغناطيسي، على سبيل المثال، “يؤكد بيلوت.
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
