La nanomacchina biomimetica ispirata al polpo e alle seppie che cambia colore e forma
Un team dell'Università Jiaotong di Shanghai ha compiuto importanti progressi nella ricerca sulle macchine molecolari di acido nucleico
[29 Dicembre 2022]
Lo studio “Mechano-fluorescence actuation in single synaptic vesicles with a DNA framework nanomachine”, pubblicato su Science Robotics da un team di ricercatori cinesi guidato da Jiangbo Liu. Fan Chunhai e Zuo Xiaolei della Shanghai Jiao Tong University, illustra la realizzazione di una macchina molecolare basata sull’acido nucleico in grado di imitare i polpi e le seppie, i cui pigmenti cellulari cambiano colore sotto stress chimico.
La fluorescenza in risposta a stimoli chimici si verifica in tutto il mondo naturale, come nei cefalopodi che cambiano colore per sfuggire ai predatori. Gli scienziati della Shanghai Jiao Tong University hanno lavorato per incorporare questo tipo di fluorescenza chimicamente reattiva in una nanomacchina del DNA e quella che hanno creato emette fluorescenza in risposta ai cambiamenti di acidità all’interno della cellula.
Della scioperta se ne occupa anche l’agenzia ufficiale cinese Xinhua che evidenzia chew «Nei test in vitro, il dispositivo su scala nanometrica ha identificato e quantificato rispettivamente l’assorbimento e l’emissione di materiali attraverso la membrana cellulare. Può quindi cambiare forma autonomamente in risposta alle variazioni di pH, che, a sua volta, mostra colori fluorescenti adattivi, secondo lo studio».
Lo studio sottolinea che «Il nuovo design offre spunti su come utilizzare i robot per studiare i sistemi viventi e le loro interazioni».
Alla Shanghai Jiao Tong University ricordano che «Negli ultimi anni, una delle grandi sfide è stata quella di progettare macchine molecolari dinamiche sensibili all’ambiente, in particolare quelle in grado di eseguire compiti complessi all’interno dell’ambiente cellulare. Al momento, alcuni materiali sensibili all’ambiente convenzionali, come i coloranti a piccole molecole e i punti quantici, presentano problemi come il basso rapporto segnale/rumore e l’elevato tasso di perdita di materiale, rendendo difficile il raggiungimento di processi biologici complessi nelle cellule (come il processo di rilascio delle vescicole sinaptiche) e il monitoraggio a lungo termine dell’intero processo».
Per rispondere a questo impegnativo problema, il team di ricerca ha proposto «Un nuovo principio basato sulla deformazione meccanica degli acidi nucleici della struttura tetraedrica per indurre lo scolorimento fluorescente e ha sviluppato una macchina molecolare allosterica dinamica per gli acidi nucleici della struttura che imitano i cefalopodi». I ricercatori cinesi dicono che «Il fluorocromismo indotto dalla deformazione meccanica migliora efficacemente il rapporto segnale-rumore dei fluorocromi, consentendo alla macchina molecolare di distinguere tra due tipici processi di rilascio: kiss and run e fusione completa. Inoltre, la dimensione di questa macchina molecolare può essere programmata tra 3 e 45 nanometri».
Lo studio ha rilevato che «La macchina molecolare con una lunghezza laterale di 10 nanometri ha il tasso di perdita più basso ed è necessario realizzare il rilascio completo della vescicola sinaptica Il monitoraggio del processo pone le basi tecniche. Assemblando componenti funzionali dell’acido nucleico dinamico in diverse regioni dell’acido nucleico della struttura, questo metodo realizza la modifica allosterica dinamica dell’acido nucleico della struttura e la risposta specifica ai cambiamenti del pH ambientale, ed è ulteriormente combinato con aptameri dell’acido nucleico, che si prevede di estendere per rispondere ai cambiamenti di vari fattori ambientali (come ioni, piccole molecole, proteine, ecc.). Questo studio fornisce una potenziale soluzione per la progettazione di nanorobot biologici».