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Cientistas usam nanorrobô feito de DNA para explorar células

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Imagine um robô microscópico, feito de DNA, que pode ser usado para estudar o funcionamento das células, pequenas demais para qualquer outro método de análise. Não, não é ficção científica: é o projeto real de cientistas de diversas universidades e institutos franceses. O nanorrobô tem o objetivo de observar de perto as forças mecânicas aplicadas a níveis microscópicos, cruciais para vários processos biológicos e patológicos.

Essas forças mecânicas microscópicas ativam sinais biológicos essenciais para os processos celulares envolvendo o funcionamento do nosso corpo: o toque, por exemplo, é um sentido condicionado à aplicação dessas forças em receptores celulares muito específico. Sua descoberta, aliás, rendeu o Prêmio Nobel na categoria Fisiologia ou Medicina neste mesmo ano.

Além do toque, esses receptores — chamados mecanorreceptores, ou seja, sensíveis a forças mecânicas — também permitem a regulação de processos biológicos chave, como a constrição de vasos sanguíneos, percepção da dor, respiração e até a detecção de ondas sonoras nos ouvidos.

A nanorrobótica é invisível a olho nu, mas já representa uma revolução nas possibilidades de estudo científica e intervenção cirúrgica (Imagem: Reprodução/Hokkaido University)
A nanorrobótica é invisível a olho nu, mas já representa uma revolução nas possibilidades de estudo científica e intervenção cirúrgica (Imagem: Reprodução/Hokkaido University)

Forças mecânicas e nanorrobôs

Problemas na mecanossensibilidade estão envolvidos com diversas doenças, como o câncer: as células cancerosas migram pelo corpo imitando e se adaptando às propriedades mecânicas de seu microambiente, escapando do sistema imune. Essa adaptação só é possível por forças específicas serem detectadas pelos mecanorreceptores que transmitem informações ao citoesqueleto das células.

Nosso entendimento de como esses mecanismos moleculares envolvidos na mecanossensibilidade das células ainda é muito limitado. Tecnologias envolvidas no estudo e aplicação desses mecanismos são caros e não permitem estudar muitos receptores ao mesmo tempo, o que torna a coleta de dados muito demorada.

O esquema acima mostra o funcionamento do nanorrobô feito de DNA utilizado pelos cientistas (Imagem: Mills et al./Nature Communications)
O esquema acima mostra como é o nanorrobô feito de DNA utilizado pelos cientistas (Imagem: Mills et al./Nature Communications)

No estudo feito pelos cientistas franceses, publicado na revista científica Nature Communications, a alternativa foi utilizar um método de "origami de DNA": nele, nanoestruturas em 3D auto-montadas em formas pré-definidas são feitas, utilizando moléculas de DNA como material de construção. A técnica já vinha sendo usada na nanotecnologia nos últimos 10 anos.

O nanorrobô, feito com três estruturas de origami de DNA, é compatível com o tamanho de uma célula humana. Com ele, foi possível aplicar e controlar uma força com resolução de 1 piconewton (1 trilionésimo de Newton, a força de um dedo clicando em uma caneta) pela primeira vez na história. Também é a primeira vez que um objeto baseado em DNA feito por humanos e auto-construído pôde aplicar uma força com tamanha acurácia.

Ao combinar o pequeno robô com uma molécula que reconhece mecanorreceptores, foi possível direcioná-lo até algumas das nossas células e aplicar forças específicas em seus mecanorreceptores, localizados na superfície celular, ativando suas funções. Com esse advento, poderemos entender melhor os mecanismos envolvidos nesse comportamento celular e descobrir novos receptores sensíveis a forças mecânicas no corpo humano.

O esquema acima mostra o funcionamento do nanorrobô, como ele se liga às células e as ativa (Imagem: Mills et al./Nature Communications)
O esquema acima mostra o funcionamento do nanorrobô, como ele se liga às células e as ativa (Imagem: Mills et al./Nature Communications)

Será possível, assim, estudar o momento preciso em que sinais-chave para processos biológicos e patológicos são ativados a nível celular mediante a aplicação de força. Conseguir aplicar forças na escala de piconewton in vitro e in vivo representa um avanço tecnológico muito grande, mas o processo ainda tem suas limitações.

Uma das fraquezas do método é uma das vantagens: a biocompatibilidade. Ela permite o trabalho in vivo, mas também gera uma sensibilidade a enzimas que podem degradar DNA. O próximo passo, segundo os cientistas, é estudar uma forma de modificar a superfície do nanorrobô para que ele tenha maior resistência a enzimas, além de buscar outras formas de ativação, como campos magnéticos, por exemplo.

Fonte: Canaltech

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