ساخت نانورباتی از جنس دی‌اِن‌اِی

به گزارش گروه علم و آموزش ایران اکونومیست از پایگاه خبری سایِنس دِیلی (Science Daily)، هرچند ساخت یک ربات کوچک از دی‌اِن‌اِی و استفاده از آن برای مطالعه فرایندهای سلولی نامرئی با چشم غیرمسلح، به داستان‌های علمی‌تخیلی شباهت دارد، اما در واقع موضوع تحقیقات دانشمندان مؤسسه سلامتی و تحقیقات پزشکی اینسِرم (Inserm)، مرکز ملی پژوهش‌های علمی فرانسه (CNRS) و دانشگاه مون‌پُلیه در فرانسه است.

این نانو ربات بسیار نوآورانه باید امکان مطالعه دقیق‌تر نیروهای مکانیکی اعمال‌شده در سطوح میکروسکوپی را فراهم کند که برای بسیاری از فرایندهای بیولوژیک و پاتولوژیک بسیار مهم هستند. این پژوهش در مجله نیچِر کامیونیکِیشِنز (Nature Communications) منتشر شده است.

سلول‌های ما در معرض نیروهای مکانیکی اعمال‌شده در مقیاس میکروسکوپی هستند و باعث ارسال پیام های بیولوژیک ضروری برای بسیاری از فرایندهای سلولی درگیر در عملکرد طبیعی بدن ما یا در ایجاد بیماری‌ها می‌شوند؛ مثلاً حس لامسه تا حدی مشروط به اعمال نیروهای مکانیکی بر گیرنده‌های سلولی خاص است (که امسال به کاشف آن، جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی اعطا شد).

علاوه بر لمس، این گیرنده‌ها که به نیروهای مکانیکی حساس هستند و به‌عنوان گیرنده‌های مکانیکی (mechanoreceptors) شناخته می‌شوند، سایر فرآیندهای بیولوژیکی اصلی مانند انقباض عروق خونی، درک درد، تنفس یا حتی تشخیص امواج صوتی در گوش را تنظیم می‌کنند.

اختلال عملکرد این حساسیت مکانیکی سلولی در بسیاری از بیماری‌ها دخیل است؛ مثلاً سرطان: سلول‌های سرطانی در بدن مهاجرت می‌کنند و دائم با خواص مکانیکی ریزمحیط خود سازگار می‌شوند. این سازگاری فقط به این دلیل امکان‌پذیر است که نیروهای خاصی توسط گیرنده‌های مکانیکی که اطلاعات را به اسکلت سلولی منتقل می‌کنند، شناسایی می‌شوند.

در حال حاضر، دانش ما از این مکانیسم‌های مولکولی درگیر در حساسیت مکانیکی سلول هنوز بسیار محدود است.

چندین فناوری در حال حاضر برای اعمال نیروهای کنترل‌شده و مطالعه این مکانیسم‌ها در دسترس هستند؛ اما آن‌ها محدودیت‌هایی دارند. به‌ویژه اینکه بسیار پرهزینه هستند و به ما اجازه نمی‌دهند چندین گیرنده سلولی را به صورت هم‌زمان مطالعه کنیم که اگر بخواهیم داده‌های زیادی را جمع‌آوری کنیم، استفاده از آن‌ها بسیار زمان‌بر است.

ساختارهای اوریگامی دی‌اِن‌اِی

این تیم پژوهشی تصمیم گرفتند روش اریگامی دی‌اِن‌اِی را به‌عنوان روش جایگزین پیشنهاد کنند. این امر امکان مونتاژ نانوساختارهای سه‌بعدی را به شکل از پیش‌تعریف‌شده با استفاده از مولکول دی‌اِن‌اِی به‌عنوان ماده ساختمانی فراهم می‌کند. طی ۱۰ سال گذشته، این روش باعث پیشرفت‌های عمده ای در زمینه فناوری نانو شده است.

این روش پژوهشگران را قادر ساخت تا یک نانوربات متشکل از سه ساختار اوریگامی دی‌اِن‌اِی طراحی کنند. این نانوربات با اندازه یک سلول انسانی سازگار است.

این تیم با جفت‌کردن ربات با مولکولی که یک گیرنده مکانیکی را تشخیص می‌دهد، کار شروع کردند. این امر باعث شد ربات به سمت برخی از سلول‌های خود هدایت شوند و به طور خاص نیروها را به گیرنده‌های مکانیکی هدفمندی که روی سطح سلول‌ها قرار دارند اعمال شوند تا آن‌ها را فعال کنند.

چنین ابزاری برای تحقیقات پایه بسیار ارزشمند است؛ زیرا احتمالاً می‌توان از آن برای درک بهتر مکانیسم‌های مولکولی درگیر در حساسیت مکانیکی سلول و کشف گیرنده‌های سلولی جدید حساس به نیروهای مکانیکی استفاده کرد. به لطف این ربات، دانشمندان همچنین می‌توانند با دقت بیشتری روی این موضوع مطالعه کنند که هنگام اعمال نیرو، در کدام لحظه، مسیرهای علامت دهی (signaling pathways) کلیدی برای بسیاری از فرایندهای بیولوژیک و پاتولوژیک در سطح سلول فعال می‌شوند.