Lidské buňky jsou vystaveny mechanickým silám působícím v mikroskopickém měřítku. Ty spouštějí biologické signály nezbytné pro mnoho buněčných procesů podílejících se na normálním fungování těla nebo na vzniku nemocí.
Například pocit doteku je částečně podmíněn působením mechanických sil na specifické buněčné receptory. Jejich objev byl letos oceněn Nobelovou cenou za fyziologii a lékařství. Kromě hmatu umožňují tyto receptory, citlivé na mechanické síly (takzvané mechanoreceptory), regulaci dalších klíčových biologických procesů. Těmi je například stahování cév, vnímání bolesti, dýchání nebo detekce zvukových vln v uchu.
Dysfunkce této buněčné mechanosenzitivity se podílí na mnoha onemocněních – například na rakovině. Znalosti těchto molekulárních mechanismů podílejících se na mechanosenzitivitě buněk jsou ale v současné době stále velmi omezené. Ačkoliv pro zkoumání těchto mechanismů je již k dispozici několik technologií, mají řadu omezení. Zejména jsou velmi nákladné a neumožňují studovat několik buněčných receptorů najednou. Kvůli tomu je jejich použití časově velmi náročné.
DNA origami
S cílem navrhnout alternativu se tým vedený výzkumným pracovníkem francouzské výzkumné organizace při Centru strukturní biologie (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) Gaëtanem Bellotem rozhodl použít takzvanou metodu „DNA origami“. Ta umožňuje samoskladbu 3D nanostruktur v předem definované podobě s využitím molekuly DNA jako stavebního materiálu. Za posledních deset let umožnila tato technika významný pokrok v oblasti nanotechnologií.
To umožnilo výzkumníkům navrhnout robota složeného ze tří struktur DNA origami. Má nanometrické rozměry, které odpovídají velikosti lidské buňky. Díky tomu je vůbec poprvé možné aplikovat a ovládat sílu s rozlišením jednoho pikonewtonu, tedy jedné biliontiny newtonu – přičemž jeden newton odpovídá síle, kterou působí prst při kliknutí na pero. Je to poprvé, kdy lidmi vytvořený objekt na bázi DNA může působit silou s takovou přesností.
Tým začal spojením robota s molekulou, která rozpoznává mechanoreceptor. To umožnilo nasměrovat robota k některým buňkám a specificky tak působit silou na cílené mechanoreceptory lokalizované na povrchu buněk tak, aby je aktivoval.
Takový nástroj je pro základní výzkum velmi cenný. Bylo by ho totiž možné využít k lepšímu pochopení molekulárních mechanismů podílejících se na mechanosenzitivitě buněk a k objevení nových buněčných receptorů citlivých na mechanické síly. Díky technologii budou vědci také moci přesněji zkoumat, v jakém okamžiku se při působení síly aktivují klíčové signální dráhy pro mnoho biologických a patologických procesů na úrovni buněk.
"Naším dalším krokem bude studium toho, jak můžeme upravit povrch robota, aby byl méně citlivý na působení enzymů. Pokusíme se také najít jiné způsoby aktivace našeho robota, například pomocí magnetického pole," říká Bellot.
