全DNA纳米机器人可探索细胞过程

2022年08月02日 10:02 次阅读 稿源:科技日报 条评论

用DNA建造一个微型机器人,并用它来研究肉眼看不见的细胞过程——这不是科幻小说,而是法国国家健康与医学研究院(Inserm)、国家科学研究中心和蒙彼利埃大学的科学家们认真研究的主题。这种高度创新的“纳米机器人”能够更密切地研究在微观水平上施加的机械力,这对许多生物和病理过程至关重要,代表了一项重大的技术进步。相关研究发表在最新一期《自然·通讯》杂志上。

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科技日报实习记者 张佳欣

截图来源:《自然》网站相关论文

人体细胞受到微观尺度上施加的机械力的影响,触发了许多细胞过程所必需的生物信号,这些细胞过程涉及人体的正常功能或疾病的发展。例如,触觉感知在一定程度上取决于对特定细胞感受器施加机械力。除了触摸,这些对机械力敏感的感受器(称为“机械感受器”)能够调节其他关键的生物过程,如血管收缩、痛觉、呼吸,甚至检测耳朵中的声波等。

这种细胞机械敏感性的功能障碍与癌症等许多疾病有关。癌细胞通过探测并不断适应其微环境的机械特性在体内迁移。机械感受器可检测到特定的力,将信息传递给细胞骨架。

目前,科学家们对这些涉及细胞机械敏感性的分子机制的了解仍然非常有限。已有的几种技术可用于施加受控力量并研究这些机制,但存在局限性。

为了找到替代方案,Inserm研究员加埃坦·贝尔特领导的研究小组决定使用DNA折叠方法,即用DNA分子作为构建材料,以预定义的形式自组装3D纳米结构。

研究人员设计了由3种DNA折叠结构组成的“纳米机器人”,其大小与人类细胞的尺寸相兼容,首次使施加和控制分辨率为1皮牛顿(即1牛顿的万亿分之一)的力成为可能。这是人类制造的、基于DNA的自组装物体第一次能够如此准确地施力。

基于DNA的纳米机器人组装示意图。

图片来源:《自然》网站相关论文

该团队首先将机器人与一种识别机械感受器的分子连接起来。这使机器人有可能指向人体的一些细胞,并专门向定位在细胞表面的定向机械感受器施加力以激活它们。

研究人员表示,这种工具对于基础研究非常有价值,因为它可用来更好地了解细胞机械敏感性的分子机制,并发现对机械力敏感的新的细胞受体。有了“纳米机器人”,科学家们还能够更精确地研究在施力的什么时刻,生物和病理过程的关键信号通路在细胞水平上被激活。

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