Teknoloji
DNA’dan “nano robot” yapıldı
Hücrelerimize mikroskobik ölçekte mekanik kuvvetler uygulanır. Vücudumuzun normal işleyişinde veya hastalıkların gelişiminde rol oynayan birçok hücre süreci için gerekli olan biyolojik sinyalleri tetiklerler. Örneğin dokunma hissi kısmen belirli hücre reseptörlerine mekanik kuvvetlerin uygulanmasına bağlıdır. Dokunmaya ek olarak mekanik kuvvetlere (mekanoreseptörler olarak da bilinir) duyarlı olan bu reseptörler; kan damarı daralması, nefes alma, ağrı algılama ve hatta kulaktaki ses dalgalarının algılanması gibi diğer önemli biyolojik süreçlerin düzenlenmesini sağlar.
Bu hücresel mekanik hassasiyetin (mekanosensitivite) işlev bozukluğu aslında birçok hastalıkta rol oynar. Örneğin kanser hücreleri ses çıkararak ve mikroçevrelerinin mekanik özelliklerine sürekli uyum sağlayarak vücut içinde hareket ederler. Bu tür bir adaptasyon, yalnızca bilgiyi hücre iskeletine ileten mekanoreseptörler tarafından belirli kuvvetler tespit edildiğinden mümkündür.
Şu anda hücrenin mekanik hassasiyetinde yer alan bu moleküler mekanizmalar hakkındaki bilgimiz hala çok sınırlı. Kontrollü kuvvetleri uygulamak ve bu mekanizmaları incelemek için halihazırda çeşitli teknolojiler mevcut, ama bunların birtakım sınırlamaları bulunmakta. Özellikle çok maliyetliler ve aynı anda birkaç hücre reseptörünü incelememize olanak tanımıyorlar. Bu da fazla veri toplamak gibi bir amacımız varsa bize çok zaman kaybettiriyor.
DNA origami yapıları
Yapısal Biyoloji Merkezi'nde (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) Inserm araştırmacısı Gaëtan Bellot liderliğindeki araştırmacılardan oluşan ekip, DNA origami yöntemini kullanmaya karar verdi. Bu, bir yapı malzemesi olarak DNA molekülü kullanılarak önceden tanımlanmış bir biçimde 3D nano-yapıların kendi kendine bir araya gelmesini sağlar. Teknik son 10 yılda nanoteknoloji alanında büyük ilerlemelere izin verdi.
Bu, ekibin üç DNA origami yapısından oluşan bir "nano-robot" tasarlamasını sağladı. Nanometrik boyutta olduğu için insan hücresi boyutuyla uyumlu. İlk kez 1 piconewton, yani bir Newton'un trilyonda biri çözünürlüğe sahip bir kuvveti uygulamayı ve kontrol etmeyi mümkün kılıyor (1 Newton, parmağınızla bir tükenmez kalemi açmak için arkasına uyguladığınız kuvvete karşılık geliyor). Böylelikle ilk defa kendi kendine bir araya getirilen, insan yapımı, DNA tabanlı bir nesne bu hassasiyetle güç uygulayabiliyor.
Başlangıçta araştırmacılar, robotu bir mekanoreseptörü tanıyan bir molekülle birleştirdi. Bu, robotu bazı hücrelerimize yönlendirmeyi ve hücrelerin yüzeyinde bölgesel olarak hedeflenen mekanoreseptörleri aktive etmek için özel olarak kuvvetler uygulamayı mümkün kıldı.
Böyle bir araç, hücre mekanik duyarlılığında yer alan moleküler mekanizmaları daha iyi anlamak ve mekanik kuvvetlere duyarlı yeni hücre reseptörlerini keşfetmek için kullanılabileceğinden temel araştırmalar için çok değerli. Robot sayesinde araştırmacılar ayrıca kuvvet uygulandığında hücre düzeyinde birçok biyolojik ve patolojik süreç için anahtar sinyal yollarının hangi anda aktive edildiğini daha kesin olarak inceleyebilecekler.
Bellot, “Piconewton kuvvetlerinin in vitro ve in vivo uygulanmasını sağlayan bir robot tasarımı, bilim camiasında artan bir talebi karşılıyor ve büyük bir teknolojik ilerlemeyi temsil etmektedir. Bununla birlikte robotun biyouyumluluğu hem in vivo uygulamalar için bir avantaj olarak kabul edilebilir hem de DNA'yı parçalayabilen enzimlere karşı hassasiyette bir zayıflığı temsil edebilir. Dolayısıyla bir sonraki adımımız, robotun yüzeyini enzimlerin etkisine daha az duyarlı olacak şekilde nasıl değiştirilebileceğimi üzerine olacak. Ayrıca, örneğin bir manyetik alan kullanarak robotumuzun başka aktivasyon modlarını bulmaya çalışacağız” dedi.
DOI: 10.1038/s41467-022-30745-2
