لخص: تم بناء روبوت صغير من الحمض النووي واستخدامه لدراسة العمليات الخلوية غير المرئية بالعين المجردة ... سوف يغفر لك التفكير في ان هذا من الخيال العلمي ، لكنه في الواقع موضوع بحث جاد. يجب أن يتيح هذا "الروبوت النانوي" المبتكر للغاية دراسة عن كثب للقوى الميكانيكية المطبقة على المستويات المجهرية ، والتي تعتبر ضرورية للعديد من العمليات البيولوجية والمرضية.
تاريخ: 28 يوليو 2022 مصدر : INSERM (Institut national de la santé et de la recherche médicale)
د. سالم موسى القحطاني
ملخص: تم بناء روبوت صغير من الحمض النووي واستخدامه لدراسة العمليات الخلوية غير المرئية بالعين المجردة ... سوف يغفر لك التفكير في ان هذا من الخيال العلمي ، لكنه في الواقع موضوع بحث جاد. يجب أن يتيح هذا "الروبوت النانوي" المبتكر للغاية دراسة عن كثب للقوى الميكانيكية المطبقة على المستويات المجهرية ، والتي تعتبر ضرورية للعديد من العمليات البيولوجية والمرضية.
الموضوع بحث جاد من قبل علماء من Inserm و CNRS و Université دي مونبلييه في مركز البيولوجيا الإنشائية في مونبلييه [1]. يجب أن يتيح هذا "الروبوت النانوي" المبتكر للغاية دراسة عن كثب للقوى الميكانيكية المطبقة على المستويات المجهرية، والتي تعتبر ضرورية للعديد من العمليات البيولوجية والمرضية. تم وصفه في دراسة جديدة نشرت في Nature Communication
تخضع خلايانا لقوى ميكانيكية تتبذل على نطاق مجهري، مما يؤدي إلى إطلاق إشارات بيولوجية ضرورية للعديد من العمليات الخلوية التي تشارك في الأداء الطبيعي لأجسامنا أو في تطور الأمراض. على سبيل المثال ، فإن الشعور باللمس مشروط جزئيًا بتطبيق القوى الميكانيكية 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، وإدراك الألم، والتنفس أو حتى اكتشاف الموجات الصوتية في الأذن ، إلخ. يرتبط الخلل الوظيفي لهذه الحساسية الميكانيكية الخلوية بالعديد من الأمراض - على سبيل المثال ، السرطان: 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 المشاركة في الحساسية 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 العديد من مستقبلات الخلايا 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 البحث 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 مكن ذلك الباحثين من تصميم "روبوت نانوي" مكون من ثلاثة تراكيب من الحمض النووي. من حيث الحجم النانومتري ، فهو بالتالي متوافق مع حجم الخلية البشرية. إنه يجعل من الممكن لأول مرة التحكم وتطبيق القوة بدقة تبلغ 1 بيكونيوتن ، أي واحد تريليون من نيوتن - مع 1 نيوتن يوازي قوة نقر إصبع على قلم. هذه هي المرة الأولى التي يمكن فيها لجسم قائم على الحمض النووي من صنع الإنسان ومجمع ذاتيًا أن يطبق القوة بهذه الدقة..
بدأ الفريق بربط الروبوت بجزيء يتعرف على المستقبلات الميكانيكية. جعل هذا 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 الحساسية الميكانيكية للخلية بشكل أفضل واكتشاف مستقبلات خلوية جديدة حساسة للقوى الميكانيكية.
بفضل الروبوت ، سيتمكن العلماء 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.
يؤكد بيلوت "إن تصميم الروبوت الذي يتيح التطبيق في المختبر وفي الجسم الحي لقوى البيكونيوتن يلبي طلبًا متزايدًا في المجتمع العلمي ويمثل تقدمًا تقنيًا كبيرًا. ومع ذلك ، يمكن اعتبار التوافق الحيوي للروبوت ميزة للتطبيقات في الجسم الحي ولكن قد يمثل أيضًا ضعفًا في الحساسية تجاه الإنزيمات التي يمكن أن تؤدي إلى تدهور الحمض النووي. لذا ستكون خطوتنا التالية هي دراسة كيف يمكننا تعديل سطح الروبوت بحيث يكون أقل حساسية لعمل الإنزيمات. سنحاول أيضًا العثور على أخرى طرق تفعيل الروبوت باستخدام مجال مغناطيسي، على سبيل المثال ، ".
المصدر: A 'nano-robot' built entirely from DNA to explore cell processes -- ScienceDaily
