完全由DNA构建的“纳米机器人”能帮科学家打工了

用DNA构建一个微型机器人，并用它来研究肉眼看不见的细胞过程……如果你认为这是科幻小说，那是情有可原的，但事实上这是一个严肃研究的主题。这种高度创新的“纳米机器人”应该能够更深入地研究微观层面上施加的机械力，这对许多生物和病理过程至关重要。我们的细胞受到施加在微观尺度上的机械力的影响，触发生物信号，这对我们身体的正常功能或疾病发展的许多细胞过程都至关重要。

例如，触觉部分取决于对特定细胞受体施加的机械力(这一发现今年获得了诺贝尔生理学或医学奖)。除了触觉之外，这些对机械力敏感的感受器(机械感受器)还能调节其他关键的生物过程，如血管收缩、疼痛感知、呼吸甚至耳中声波的检测等。这种细胞机械敏感性的功能障碍与许多疾病有关——例如，癌症:癌细胞通过探测和不断适应其微环境的机械特性在体内迁移。这种适应是可能的，因为特定的力是由机械受体检测到的，传递信息到细胞骨架。

目前，我们对这些涉及细胞机械敏感性的分子机制的了解仍然非常有限。已经有一些技术可以应用于控制力和研究这些机制，但它们有一些限制。特别是，它们非常昂贵，而且不允许我们同时研究几个细胞受体，如果我们想要收集大量数据，这使得它们的使用非常耗时。

DNA折纸结构

为了提出替代方案，结构生物学中心(Inserm/CNRS/Université de蒙彼利埃)Inserm研究员Bellot等人的研究团队决定使用DNA折纸方法。这使得3D纳米结构能够以预先定义的形式自组装，使用DNA分子作为建筑材料。在过去的十年中，这项技术使纳米技术领域取得了重大进展。

这使得研究人员能够设计出由三种DNA折纸结构组成的“纳米机器人”。纳米大小，因此可以与人体细胞的大小相匹配。这使得第一次应用和控制分辨率为1皮牛顿的力成为可能，即1万亿分之一牛顿——1牛顿相当于手指点击一支笔的力。这是人类制造的、基于DNA的自组装物体首次能够以这种精度施加力。该团队首先将机器人与一种能识别机械感受器的分子结合起来。这使得我们能够将机器人引导到我们的一些细胞，并特别地对定位在细胞表面的机械受体施加力，以便激活它们。

这一工具对于基础研究非常有价值，因为它可以用来更好地理解细胞机械敏感性的分子机制，并发现新的细胞受体对机械力敏感。多亏了机器人，科学家们还将能够更精确地研究在施力的什么时刻，许多生物和病理过程的关键信号通路在细胞水平上被激活。

Bellot说:“设计一种能在体外和体内应用皮纽顿力的机器人，符合科学界日益增长的需求，代表一项重大的技术进步。然而，机器人的生物相容性可以被认为既是在体内应用的优势，但也可能代表了对酶的敏感性，可以降解DNA的弱点。所以我们的下一步将是研究如何修改机器人的表面，使其对酶的作用不那么敏感。我们还将尝试寻找其他激活机器人的方式，比如磁场。”

A. Mills, N. Aissaoui, D. Maurel, J. Elezgaray, F. Morvan, J. J. Vasseur, E. Margeat, R. B. Quast, J. Lai Kee-Him, N. Saint, C. Benistant, A. Nord, F. Pedaci, G. Bellot. A modular spring-loaded actuator for mechanical activation of membrane proteins. Nature Communications, 2022; 13 (1)