Le nostre cellule sono soggette a forze meccaniche esercitate su scala microscopica, innescando segnali biologici essenziali a molti processi cellulari coinvolti nel normale funzionamento del nostro organismo o nello sviluppo di malattie. Ad esempio, la sensazione del tatto è in parte subordinata all’applicazione di forze meccaniche su specifici recettori cellulari (la cui scoperta è stata quest’anno premiata dal Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina). Oltre al tatto, questi recettori sensibili alle forze meccaniche (noti come meccanocettori) consentono la regolazione di altri processi biologici chiave come la costrizione dei vasi sanguigni, la percezione del dolore, la respirazione o persino il rilevamento di onde sonore nell’orecchio, ecc.
La disfunzione di questa meccanosensibilità cellulare è coinvolta in molte malattie, ad esempio il cancro: le cellule tumorali migrano all’interno del corpo suonando e adattandosi costantemente alle proprietà meccaniche del loro microambiente. Tale adattamento è possibile solo perché le forze specifiche sono rilevate dai meccanocettori che trasmettono le informazioni al citoscheletro cellulare.
Al momento, la nostra conoscenza di questi meccanismi molecolari coinvolti nella meccanosensibilità cellulare è ancora molto limitata. Sono già disponibili diverse tecnologie per applicare forze controllate e studiare questi meccanismi, ma presentano una serie di limitazioni. In particolare, sono molto costosi e non ci consentono di studiare più recettori cellulari alla volta, il che rende il loro utilizzo molto dispendioso in termini di tempo se vogliamo raccogliere molti dati.
Strutture di origami del DNA
Per proporre un’alternativa, il gruppo di ricerca guidato dal ricercatore dell’Inserm Gaëtan Bellot presso il Centro di Biologia Strutturale (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) ha deciso di utilizzare il metodo dell’origami del DNA. Ciò consente l’autoassemblaggio di nanostrutture 3D in una forma predefinita utilizzando la molecola di DNA come materiale da costruzione. Negli ultimi dieci anni, la tecnica ha consentito importanti progressi nel campo della nanotecnologia. Ciò ha consentito ai ricercatori di progettare un “nano-robot” composto da tre strutture di origami di DNA. Di dimensioni nanometriche, è quindi compatibile con le dimensioni di una cellula umana. Consente per la prima volta di applicare e controllare una forza con una risoluzione di 1 piconewton, ovvero un trilionesimo di Newton, con 1 Newton corrispondente alla forza di un dito che fa clic su una penna. Questa è la prima volta che un oggetto basato sul DNA autoassemblato creato dall’uomo può applicare forza con questa precisione.
Il team ha iniziato accoppiando il robot con una molecola che riconosce un meccanocettore. Ciò ha permesso di dirigere il robot verso alcune delle nostre cellule e di applicare in modo specifico forze a meccanocettori mirati localizzati sulla superficie delle cellule per attivarli. Tale strumento è molto prezioso per la ricerca di base, in quanto potrebbe essere utilizzato per comprendere meglio i meccanismi molecolari coinvolti nella meccanosensibilità cellulare e scoprire nuovi recettori cellulari sensibili alle forze meccaniche. Grazie al robot, gli scienziati potranno anche studiare con maggiore precisione in quale momento, quando si applica la forza, vengono attivate a livello cellulare le principali vie di segnalazione per molti processi biologici e patologici.
“Il progetto di un robot che consenta l’applicazione in vitro e in vivo delle forze di piconewton soddisfa una domanda crescente nella comunità scientifica e rappresenta un importante progresso tecnologico. Tuttavia, la biocompatibilità del robot può essere considerata sia un vantaggio per le applicazioni in vivo, sia può anche rappresentare un punto debole con la sensibilità agli enzimi che possono degradare il DNA. Quindi il nostro prossimo passo sarà studiare come possiamo modificare la superficie del robot in modo che sia meno sensibile all’azione degli enzimi. Cercheremo anche di trovarne altre modalità di attivazione del nostro robot utilizzando, ad esempio, un campo magnetico”, sottolinea Bellot.
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Fonte: Materiali forniti dall’INSERM (Institut national de la santé et de la recherche médicale). Multimedia correlati : Gli scienziati hanno progettato un “nano-robot” composto da tre strutture di origami di DNA Riferimento del giornale : A. Mills, N. Aissaoui, D. Maurel, J. Elezgaray, F. Morvan, JJ Vasseur, E. Margeat, RB Quast, J. Lai Kee-Him, N. Saint, C. Benistant, A. Nord, F .Pedaci, G. Bellot. Un attuatore modulare a molla per l’attivazione meccanica delle proteine di membrana . Comunicazioni sulla natura , 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-30745-2
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