Một 'robot nano' được xây dựng hoàn toàn từ DNA để khám phá các quá trình tế bào

Một 'robot nano' được xây dựng hoàn toàn từ DNA để khám phá các quá trình tế bào

    Một 'robot nano' được xây dựng hoàn toàn từ DNA để khám phá các quá trình tế bào

    A 'nano-robot' built entirely from DNA to explore cell processes

    DNA tự trị Nano-tời kích hoạt tín hiệu tích phân. A Tích phân tử của thụ thể xuyên màng (màu xanh lam) tồn tại dưới dạng một chất dị định αβ nhỏ gọn. Integrins truyền các ứng suất cơ học được áp dụng, từ 1 đến 15 pN, và tuyển chọn các protein bổ sung để tập hợp các chất kết dính tiêu điểm bao gồm Chất kết dính tiêu điểm (FAK), trở thành phosphoryl hóa ở dư lượng Y397 sau khi được kích thích cơ học của tích phân. Việc bổ sung hai kháng thể với nhãn của người cho, D và chất nhận, A, cho phép phát hiện FAK được phosphoryl hóa trong xét nghiệm LRET. Cả hai kháng thể liên kết với FAK được phosphoryl hóa (Y397-P) tạo ra tín hiệu LRET cao có thể phát hiện được, trong khi chỉ một kháng thể duy nhất liên kết trong trường hợp không có phosphoryl hóa tạo ra tín hiệu LRET thấp. Tế bào B MCF-7 ở dạng huyền phù là 1, đối chứng không được xử lý, 2, được ủ với oligonucleotide liên hợp RGD, 3, được ủ với cRGD có chức năng Piston-xi lanh origami, 4, được ủ bằng tời Nano không có chức năng, 5, được ủ với cRGD đã được chức năng hóa Tời nano. Tế bào sau đó được ly giải và phosphoryl hóa FAK. Chỉ riêng tín hiệu nền, R0, của các kháng thể đã được trừ khỏi tín hiệu của các tế bào bị ly giải trong các điều kiện thử nghiệm và đối chứng được tính toán từ các tỷ lệ của cường độ huỳnh quang của chất nhận và chất cho, RAD. Kết quả là giá trị trung bình của ít nhất ba thí nghiệm độc lập. Các thanh lỗi đại diện cho độ lệch chuẩn, ý nghĩa thống kê được xác định bằng cách phân tích phương sai một chiều so với đối chứng không được xử lý (*** P <0,001). Ảnh: Nature Communications (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-30745-2, https://www.nature.com/articles/s41467-022-30745-2


    Chế tạo một robot nhỏ bé từ DNA và sử dụng nó để nghiên cứu các quá trình tế bào mà mắt thường không nhìn thấy .... Bạn sẽ được tha thứ vì nghĩ rằng đó là khoa học viễn tưởng, nhưng thực tế nó là chủ đề nghiên cứu nghiêm túc của các nhà khoa học từ Inserm, CNRS và Đại học Montpellier tại Trung tâm Sinh học Cấu trúc ở Montpellier. "Robot nano" có tính sáng tạo cao này sẽ cho phép nghiên cứu kỹ hơn các lực cơ học được áp dụng ở cấp độ vi mô, rất quan trọng đối với nhiều quá trình sinh học và bệnh lý. Nó được mô tả trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Communications.

    Tế bào của chúng ta chịu các lực cơ học tác động ở quy mô vi mô, kích hoạt các tín hiệu sinh học cần thiết cho nhiều quá trình tế bào liên quan đến hoạt động bình thường của cơ thể chúng ta hoặc trong sự phát triển của bệnh tật.
    Ví dụ, cảm giác xúc giác một phần có điều kiện áp dụng các lực cơ học lên các thụ thể cụ thể của tế bào (phát hiện ra nó đã được trao giải Nobel Y học hoặc Sinh lý học năm nay). Ngoài xúc giác, các thụ thể nhạy cảm với các lực cơ học (được gọi là thụ thể cơ học) cho phép điều chỉnh các quá trình sinh học quan trọng khác như co thắt mạch máu, cảm nhận cơn đau, thở hoặc thậm chí phát hiện sóng âm trong tai, v.v.

    Sự rối loạn chức năng nhạy cảm cơ học của tế bào này có liên quan đến nhiều bệnh - ví dụ, ung thư: tế bào ung thư di chuyển trong cơ thể bằng cách phát ra âm thanh và liên tục thích ứng với các đặc tính cơ học của vi môi trường của chúng. Sự thích nghi như vậy chỉ có thể thực hiện được bởi vì các lực cụ thể được phát hiện bởi các cơ quan thụ cảm cơ học truyền thông tin đến bộ xương tế bào.

    Hiện tại, kiến ​​thức của chúng ta về các cơ chế phân tử liên quan đến quá trình nhạy cảm cơ học của tế bào vẫn còn rất hạn chế. Một số công nghệ đã có sẵn để áp dụng các lực kiểm soát và nghiên cứu các cơ chế này, nhưng chúng có một số hạn chế. Đặc biệt, chúng rất tốn kém và không cho phép chúng ta nghiên cứu một số thụ thể tế bào cùng một lúc, điều này làm cho việc sử dụng chúng rất mất thời gian nếu chúng ta muốn thu thập nhiều dữ liệu.

    Cấu trúc origami DNA

    Để đề xuất một giải pháp thay thế, nhóm nghiên cứu do nhà nghiên cứu Inserm Gaëtan Bellot tại Trung tâm Sinh học Cấu trúc (Inserm / CNRS / Université de Montpellier) đứng đầu đã quyết định sử dụng phương pháp gấp giấy DNA. Điều này cho phép tự lắp ráp các cấu trúc nano 3D ở dạng được xác định trước bằng cách sử dụng phân tử DNA làm vật liệu xây dựng. Trong mười năm qua, kỹ thuật này đã cho phép những tiến bộ lớn trong lĩnh vực công nghệ nano.

    Điều này cho phép các nhà nghiên cứu thiết kế một "robot nano" bao gồm ba cấu trúc origami DNA. Với kích thước nanomet, do đó nó tương thích với kích thước của tế bào người. Nó giúp lần đầu tiên có thể áp dụng và điều khiển một lực có độ phân giải 1 piconewton, cụ thể là một phần nghìn tỷ Newton — với 1 Newton tương ứng với lực của một ngón tay bấm vào bút. Đây là lần đầu tiên một vật thể dựa trên DNA tự lắp ráp do con người tạo ra có thể tác dụng lực với độ chính xác như vậy.

    Nhóm nghiên cứu bắt đầu bằng cách ghép robot với một phân tử nhận dạng cơ quan thụ cảm. Điều này làm cho nó có thể hướng robot đến một số tế bào của chúng ta và đặc biệt tác dụng lực lên các cơ quan thụ cảm cơ học được nhắm mục tiêu khu trú trên bề mặt của các tế bào để kích hoạt chúng. Là một công trình nghiên cứu có giá trị cho nghiên cứu cơ bản, vì nó có thể được sử dụng để hiểu rõ hơn các cơ chế phân tử liên quan đến tính nhạy cảm cơ học của tế bào và khám phá các thụ thể tế bào mới nhạy cảm với các lực cơ học. Nhờ có robot, các nhà khoa học cũng có thể nghiên cứu chính xác hơn vào thời điểm nào, khi tác dụng lực, các đường dẫn tín hiệu quan trọng cho nhiều quá trình sinh học và bệnh lý được kích hoạt ở cấp độ tế bào.

    "Việc thiết kế một robot cho phép ứng dụng lực piconewton in vitro và in vivo đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong cộng đồng khoa học và đại diện cho một tiến bộ công nghệ lớn. Tuy nhiên, khả năng tương thích sinh học của robot có thể được coi là một lợi thế cho các ứng dụng in vivo nhưng cũng có thể đại diện cho một điểm yếu về độ nhạy cảm với các enzym có thể làm phân hủy DNA. Vì vậy, bước tiếp theo của chúng tôi sẽ là nghiên cứu cách chúng tôi có thể sửa đổi bề mặt của rô-bốt để nó ít nhạy cảm hơn với hoạt động của các enzym. Chúng tôi cũng sẽ cố gắng tìm ra cách khác Bellot nói.

    Zalo
    Hotline