创新“纳米机器人”:完全由DNA构建,用于探索微观生物过程

2022年07月28日 17:32 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

机械力以微观尺度施加在我们的细胞上。它们触发了对许多涉及我们身体正常功能或疾病发展的细胞过程至关重要的生物信号。如触摸的感觉部分取决于对特定细胞受体施加的机械力。除了触觉之外,这些对机械力敏感的受体还能调节其他关键的生物过程,如血管收缩、呼吸、痛觉,甚至是耳朵里的声波探测。

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这种细胞机械敏感度的功能障碍实际上涉及许多疾病。像癌症:癌细胞在体内迁移时会发出声音并不断适应其微环境的机械特性。这种适应是可能的,因为特定的力是由机械感受器探测到的,而机械感受器将信息传递给细胞骨架。

目前,我们对参与细胞机械敏感性的这些分子机制的了解仍非常有限。虽然已经有一些技术可以应用受控的力并研究这些机制,但它们有一些限制。特别是它们非常昂贵且不允许我们一次研究几个细胞受体,这使得如果我们想收集大量数据的话,使用它们是一件非常耗时的事情。

DNA折纸结构

为了提出一个替代方案,由Inserm研究人员Gaëtan Bellot领导的结构生物学中心的研究团队决定使用DNA折纸方法。这使得三维纳米结构的自我组装能以预先定义的形式使用DNA分子作为建筑材料。在过去的十年时间里,该技术使纳米技术领域取得了重大进展。

这使该团队能设计出一个由三个DNA折纸结构组成的“纳米机器人”。由于它的尺寸是纳米级的,因此它跟人体细胞的大小相适应。它使人们第一次有可能应用和控制分辨率为1皮牛顿的力,即一牛顿的万亿分之一--1牛顿相当于手指点击笔的力量。这是第一次人类制造的、基于DNA的自组装物体能以这种精度施力。

首先,研究人员将机器人跟一个能识别机械感受器的分子结合起来。这使得引导机器人到我们的一些细胞上成为可能并专门对定位在细胞表面的目标机械感受器施加力量以激活它们。

这样的工具对基础研究非常有价值,因为它可以用来更好地理解涉及细胞机械敏感性的分子机制并发现对机械力敏感的新细胞受体。得益于该机器人,研究人员还将能更加精确地研究在什么时刻,当施力时许多生物和病理过程的关键信号通路在细胞水平被激活。

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