Construir un diminuto robot a partir de ADN y utilizarlo para estudiar procesos celulares invisibles a simple vista… Podrías pensar que es ciencia ficción, pero en realidad es objeto de una seria investigación por parte de científicos del Inserm, el CNRS y la Université de Montpellier en el Centro de Biología Estructural de Montpellier[1]. Este ‘nano-robot’ altamente innovador tiene como objetivo permitir un estudio más detallado de las fuerzas mecánicas que actúan a nivel microscópico, que son cruciales para muchos procesos biológicos y patológicos. Se describe en un nuevo estudio publicado en comunicación de la naturaleza.
Nuestras células están sujetas a fuerzas mecánicas ejercidas a escala microscópica que desencadenan señales biológicas que son esenciales para muchos procesos celulares involucrados en el funcionamiento normal de nuestro cuerpo o en el desarrollo de enfermedades.
Así, el sentido del tacto se debe en parte a la aplicación de fuerzas mecánicas a determinados receptores celulares (cuyo descubrimiento fue reconocido este año con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina). Además del tacto, estos receptores, que son sensibles a las fuerzas mecánicas (los llamados mecanorreceptores), permiten la regulación de otros importantes procesos biológicos como la constricción de los vasos sanguíneos, la percepción del dolor, la respiración o la percepción de ondas sonoras en el oído, etc. .
El mal funcionamiento de esta mecanosensibilidad celular está implicado en muchas enfermedades, por ejemplo, el cáncer: las células cancerosas migran dentro del cuerpo sonando y adaptándose constantemente a las propiedades mecánicas de su microentorno. Tal adaptación solo es posible porque los mecanorreceptores detectan ciertas fuerzas, que transmiten la información al citoesqueleto de la célula.
En la actualidad, nuestro conocimiento de estos mecanismos moleculares implicados en la mecanosensibilidad celular es todavía muy limitado. Varias tecnologías ya están disponibles para aplicar fuerzas controladas y estudiar estos mecanismos, pero tienen una serie de limitaciones. En particular, son muy costosos y no nos permiten estudiar varios receptores celulares al mismo tiempo, por lo que su uso requiere mucho tiempo cuando queremos recopilar una gran cantidad de datos.
Estructuras de origami de ADN
Para proponer una alternativa, el equipo de investigación dirigido por el investigador del Inserm Gaëtan Bellot en el Centro de Biología Estructural (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) decidió utilizar el método del origami de ADN. Esto permite que las nanoestructuras 3D se autoensamblen en una forma predefinida utilizando la molécula de ADN como material de construcción. En la última década, la tecnología ha permitido grandes avances en el campo de la nanotecnología.
Esto permitió a los investigadores diseñar un «nanorobot» compuesto por tres estructuras de origami de ADN. Por lo tanto, es nanométricamente compatible con el tamaño de una célula humana. Por primera vez, permite aplicar y controlar una fuerza con una resolución de 1 piconewton, es decir, una billonésima parte de un newton, con 1 newton correspondiente a la fuerza de un dedo haciendo clic en un bolígrafo. Esta es la primera vez que un objeto basado en ADN autoensamblado hecho por humanos ha podido ejercer fuerza con este nivel de precisión.
El equipo comenzó emparejando el robot con una molécula que reconoce un mecanorreceptor. Esto hizo posible dirigir el robot a algunas de nuestras células y aplicar fuerzas específicas a los mecanorreceptores ubicados específicamente en la superficie de las células para activarlas.
Esta herramienta es muy valiosa para la investigación básica, ya que podría utilizarse para comprender mejor los mecanismos moleculares implicados en la mecanosensibilidad celular y descubrir nuevos receptores celulares que sean sensibles a las fuerzas mecánicas. Gracias al robot, los científicos también podrán estudiar con más detalle en qué momento se activan importantes vías de señalización para muchos procesos biológicos y patológicos a nivel celular cuando se aplica fuerza.
«El diseño de un robot que in vitro y en vivo La aplicación de fuerzas de piconewton responde a una creciente demanda en la comunidad científica y representa un gran avance tecnológico, sin embargo, la biocompatibilidad del robot puede verse tanto como una ventaja en vivo aplicaciones, pero también puede presentar una debilidad con la sensibilidad a las enzimas que pueden descomponer el ADN. Por lo tanto, en el siguiente paso, investigaremos cómo podemos modificar la superficie del robot para que sea menos sensible a la acción de las enzimas. También intentaremos encontrar otras formas de activar nuestro robot, por ejemplo usando un campo magnético. subraya Bellot.
Fuente: https://www.cnrs.fr/en/cnrs
