Článek
I na lidské buňky, jako na cokoliv jiného, působí mechanické síly. Ty jsou sice pro naše vnímání absolutně nepatrné, ale spouští a šíří biologické signály nezbytné pro mnoho procesů v těle a jeho správné fungování - nebo také nefungování a následně rozvoj a šíření nemocí.
Asi nejbližší příklad může být jeden z pěti základních smyslů člověka - hmat. Cítění je totiž částečně závislé na tom, aby mechanické síly působily na specifické buněčné receptory.
Za jejich objevení loni obdrželi dva američtí biologové Nobelovu cenu. Důležité ale je, že tyto zvané „mechanoreceptory“ rovněž umožňují regulaci, neboli usměrňování dalších klíčových fyziologických procesů, mezi které patří kromě třeba vnímání bolesti i stahování krevních cév, samozřejmě také dýchání nebo dokonce i fungování dalších smyslů jako sluchu, tedy detekce zvukových vln v uchu.
Dysfunkce této buněčné senzitivity vůči mechanickým silám provází řadu nemocí, a to včetně rakoviny. Při té se totiž nádorové buňky šíří v lidském těle způsobem, který biologové popisují jako „rozeznívání a konstantní přizpůsobování se mechanickým vlastnostem okolí.“
Taková adaptace je možná právě jen tak, že mechanoreceptory jiných buněk od těch rakovinných detekují působení specifických sil, a potom propouští a přenášejí jejich informace do cytoskeletů těchto zdravých buněk, čili do svazků bílkovinných vláken, které slouží pro jejich oporu, ale i dělení a transport látek.
Ušetří peníze, čas a práci
Znalosti vědců o takových mechanismech dějících se na mikroskopické úrovni jsou v současnosti pořád velmi omezené. Technologie, které by spouštěly kontrolované síly v molekulárních procesech a umožnily by jejich zkoumání, jsou sice už dostupné, ale i hodně drahé a vědci s nimi pořád nemohou studovat třeba několik receptorů buněk naráz, takže pro sběr většího množství dat vyžadují dost času a práce.
Vědecký tým pod vedením Gaëtana Bellota z Francouzského národního institutu pro výzkum zdraví a medicíny (Inserm) ale přišel s alternativou. Jejich takzvaná „DNA origami metoda“ za využití obsáhlé databáze, programování a zadání sama vytváří 3D nanostruktury, přičemž jako stavební materiál používá molekuly DNA.
Technika francouzských vědců umožnila za posledních deset let obrovské pokroky na poli nanotechnologie, píše Inserm. A ve spolupráci s dalšími biology z největší evropské výzkumné a vývojové organizace (CNRS) v Paříži a Centra pro strukturní biologii (CBS) v Montpellier jim nakonec umožnila navrhnout nanorobota, který je ze tří těchto „origami DNA struktur.“
Největší přesnost, které vědci dosáhli
Při nanometrové velikosti je robot kompatibilní s velikostí lidské buňky, a poprvé tak dovoluje badatelům vytvořit mechanické působení o síle jednoho pikonewtonu, což je ekvivalent biliontiny Newtonu nebo pro lepší obrázek toho, co prst vynaloží za úsilí při stisknutí propisky. Takové přesnosti člověk nikdy dřív údajně nedosáhl.
Vysoce inovativní nanorobot by tak mohl umožnit bližší studování mechanických sil působících na mikroskopické úrovni. Novou studii o něm otiskl i renovovaný časopis Nature Communications. Tým francouzských vědců začal výzkum jeho spárováním s molekulou schopnou rozpoznat mechanoreceptor, aby jej pak mohli nasměrovat na některé lidské buňky a zkoušet nejen to, jak je aktivovat, ale i ve kterém momentu se při působení na jejich čidla vytváří a šíří signály klíčové pro biologické i patogenní, čili choroboplodné procesy.
„Design robota umožňujícího in vitro (v umělých podmínkách laboratoře) a také in vivo (v živém organismu) aplikaci sil o velikosti pikonewtonů je odpovědí na rostoucí poptávku vědecké komunitě a reprezentuje výrazný technologický pokrok,“ vysvětlil Bellot.
„Biokompatibilita robota ale kromě výhodnosti pro in vivo testy může znamenat slabinu kvůli jeho náchylnosti na enzymy, které ničí DNA. Dalším naším krokem tedy bude studování toho, jak upravit jeho povrch, aby byl proti působení enzymů odolnější. A také zkusíme přijít na nějaké další způsoby jeho aktivace, jako třeba za pomoci magnetického pole,“ dodal.
To, jakým způsobem francouzský nanorobot čistě jen z DNA funguje a z čeho přesně se skládá, lze vidět v úvodním videu tohoto článku.
