研究發(fā)現(xiàn)全DNA納米機(jī)器人可探索細(xì)胞過(guò)程

基于DNA的納米機(jī)器人組裝示意圖（部分）

用DNA建造一個(gè)微型機(jī)器人，并用它來(lái)研究肉眼看不見(jiàn)的細(xì)胞過(guò)程——這不是科幻小說(shuō)，而是法國(guó)國(guó)家健康與醫(yī)學(xué)研究院（Inserm）、國(guó)家科學(xué)研究中心和蒙彼利埃大學(xué)的科學(xué)家們認(rèn)真研究的主題。這種高度創(chuàng)新的“納米機(jī)器人”能夠更密切地研究在微觀水平上施加的機(jī)械力，這對(duì)許多生物和病理過(guò)程至關(guān)重要，代表了一項(xiàng)重大的技術(shù)進(jìn)步。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期《自然·通訊》雜志上。

人體細(xì)胞受到微觀尺度上施加的機(jī)械力的影響，觸發(fā)了許多細(xì)胞過(guò)程所必需的生物信號(hào)，這些細(xì)胞過(guò)程涉及人體的正常功能或疾病的發(fā)展。例如，觸覺(jué)感知在一定程度上取決于對(duì)特定細(xì)胞感受器施加機(jī)械力。除了觸摸，這些對(duì)機(jī)械力敏感的感受器（稱(chēng)為“機(jī)械感受器”）能夠調(diào)節(jié)其他關(guān)鍵的生物過(guò)程，如血管收縮、痛覺(jué)、呼吸，甚至檢測(cè)耳朵中的聲波等。

這種細(xì)胞機(jī)械敏感性的功能障礙與癌癥等許多疾病有關(guān)。癌細(xì)胞通過(guò)探測(cè)并不斷適應(yīng)其微環(huán)境的機(jī)械特性在體內(nèi)遷移。機(jī)械感受器可檢測(cè)到特定的力，將信息傳遞給細(xì)胞骨架。

目前，科學(xué)家們對(duì)這些涉及細(xì)胞機(jī)械敏感性的分子機(jī)制的了解仍然非常有限。已有的幾種技術(shù)可用于施加受控力量并研究這些機(jī)制，但存在局限性。

為了找到替代方案，Inserm研究員加埃坦·貝爾特領(lǐng)導(dǎo)的研究小組決定使用DNA折疊方法，即用DNA分子作為構(gòu)建材料，以預(yù)定義的形式自組裝3D納米結(jié)構(gòu)。

研究人員設(shè)計(jì)了由3種DNA折疊結(jié)構(gòu)組成的納米機(jī)器人，其大小與人類(lèi)細(xì)胞的尺寸相兼容，首次使施加和控制分辨率為1皮牛頓（即1牛頓的萬(wàn)億分之一）的力成為可能。這是人類(lèi)制造的、基于DNA的自組裝物體第一次能夠如此準(zhǔn)確地施力。

該團(tuán)隊(duì)首先將機(jī)器人與一種識(shí)別機(jī)械感受器的分子連接起來(lái)。這使機(jī)器人有可能指向人體的一些細(xì)胞，并專(zhuān)門(mén)向定位在細(xì)胞表面的定向機(jī)械感受器施加力以激活它們。

研究人員表示，這種工具對(duì)于基礎(chǔ)研究非常有價(jià)值，因?yàn)樗梢杂脕?lái)更好地了解細(xì)胞機(jī)械敏感性的分子機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)對(duì)機(jī)械力敏感的新的細(xì)胞受體。有了納米機(jī)器人，科學(xué)家們還能夠更精確地研究在施力的什么時(shí)刻，生物和病理過(guò)程的關(guān)鍵信號(hào)通路在細(xì)胞水平上被激活。