#87 Um nanorobô construído inteiramente a partir de DNA para explorar processos celulares 31/07/22

Este "nano-robô" altamente inovador deve permitir um estudo mais próximo das forças mecânicas aplicadas em níveis microscópicos, que são cruciais para muitos processos biológicos e patológicos. É descrito em um novo estudo publicado na Nature Communications.

Nossas células estão sujeitas a forças mecânicas exercidas em escala microscópica, desencadeando sinais biológicos essenciais para muitos processos celulares envolvidos no funcionamento normal do nosso corpo ou no desenvolvimento de doenças.

Por exemplo, a sensação do toque é parcialmente condicionada à aplicação de forças mecânicas em receptores celulares específicos (cuja descoberta foi este ano recompensada com o Prêmio Nobel de Medicina). Além do tato, esses receptores sensíveis a forças mecânicas (conhecidos como mecanorreceptores) permitem a regulação de outros processos biológicos importantes, como constrição dos vasos sanguíneos, percepção da dor, respiração ou até mesmo a detecção de ondas sonoras no ouvido, etc.

A disfunção dessa mecanosensibilidade celular está envolvida em muitas doenças - por exemplo, câncer: as células cancerígenas migram dentro do corpo tocando e se adaptando constantemente às propriedades mecânicas de seu microambiente. Tal adaptação só é possível porque forças específicas são detectadas por mecanorreceptores que transmitem a informação ao citoesqueleto da célula.

Atualmente, nosso conhecimento sobre esses mecanismos moleculares envolvidos na mecanosensibilidade celular ainda é muito limitado. Várias tecnologias já estão disponíveis para aplicar forças controladas e estudar esses mecanismos, mas elas apresentam uma série de limitações. Em particular, eles são muito caros e não nos permitem estudar vários receptores celulares ao mesmo tempo, o que torna seu uso muito demorado se quisermos coletar muitos dados.

Para propor uma alternativa, a equipe de pesquisa liderada pelo pesquisador Gaëtan Bellot do Centro de Biologia Estrutural (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) decidiu usar o método de origami de DNA. Isso permite a automontagem de nanoestruturas 3D em uma forma pré-definida usando a molécula de DNA como material de construção. Nos últimos dez anos, a técnica permitiu grandes avanços no campo da nanotecnologia.

Isso permitiu que os pesquisadores projetassem um "nano-robô" composto por três estruturas de origami de DNA. De tamanho nanométrico, é, portanto, compatível com o tamanho de uma célula humana. Torna possível pela primeira vez aplicar e controlar uma força com uma resolução de 1 piconewton, ou seja, um trilionésimo de Newton - com 1 Newton correspondendo à força de um dedo tocando em uma caneta. Esta é a primeira vez que um objeto baseado em DNA feito por humanos e automontado pode aplicar força com essa precisão.

A equipe começou acoplando o robô a uma molécula que reconhece um mecanorreceptor. Isso possibilitou direcionar o robô para algumas de nossas células e aplicar forças especificamente a mecanorreceptores direcionados localizados na superfície das células para ativá-los.

Tal ferramenta é muito valiosa para a pesquisa básica, pois pode ser utilizada para melhor compreender os mecanismos moleculares envolvidos na mecanosensibilidade celular e descobrir novos receptores celulares sensíveis a forças mecânicas. Graças ao robô, os cientistas também poderão estudar com mais precisão em que momento, ao aplicar a força, as principais vias de sinalização para muitos processos biológicos e patológicos são ativadas em nível celular.

“O projeto de um robô que permite a aplicação in vitro e in vivo de forças de piconewton atende a uma demanda crescente da comunidade científica e representa um grande avanço tecnológico. Também pode representar uma fraqueza com sensibilidade a enzimas que podem degradar o DNA. Portanto, nosso próximo passo será estudar como podemos modificar a superfície do robô para que seja menos sensível à ação de enzimas. Também tentaremos encontrar outros modos de ativação do nosso robô usando, por exemplo, um campo magnético", enfatiza Bellot.

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