Quantumrun

КРЭДЫТ ВЫЯВЫ:

Istock

Малекулярная робататэхніка: гэтыя мікраскапічныя робаты могуць рабіць практычна ўсё

Даследчыкі выяўляюць гнуткасць і патэнцыял нанаробатаў на аснове ДНК.

аўтар:
імя аўтара
Quantumrun Foresight
Лістапада 30, 2023

Кароткі агляд

Малекулярная робататэхніка, міждысцыплінарнае прадпрыемства, якое спалучае робататэхніку, малекулярную біялогію і нанатэхналогіі, ініцыяванае Інстытутам Уіса Гарварда, прасоўвае праграмаванне ланцугоў ДНК у робатаў, здольных выконваць складаныя задачы на малекулярным узроўні. Выкарыстоўваючы рэдагаванне генаў CRISPR, гэтыя робаты могуць зрабіць рэвалюцыю ў распрацоўцы лекаў і дыягностыцы, а такія арганізацыі, як Ultivue і NuProbe, будуць вядучымі камерцыйнымі набегамі. У той час як даследчыкі даследуюць зграі ДНК-робатаў для выканання складаных задач, падобных на калоніі насякомых, рэальныя прымянення ўсё яшчэ на гарызонце, абяцаючы беспрэцэдэнтную дакладнасць у дастаўцы лекаў, карысць для даследаванняў у галіне нанатэхналогій і патэнцыял для стварэння малекулярных матэрыялаў у розных галінах прамысловасці .

Кантэкст малекулярнай робататэхнікі

Даследчыкі з Інстытута біялагічна натхнёнай інжынерыі Гарвардскага ўніверсітэта былі зацікаўлены іншымі магчымымі варыянтамі выкарыстання ДНК, якая можа збірацца ў розныя формы, памеры і функцыі. Паспрабавалі робататэхніку. Гэта адкрыццё стала магчымым дзякуючы таму, што ДНК і робаты аб'ядноўвае адно - здольнасць быць запраграмаваны на пэўную мэту. У выпадку з робатамі імі можна маніпуляваць з дапамогай двайковага камп'ютэрнага кода, а ў выпадку з ДНК - з дапамогай паслядоўнасцей нуклеатыдаў. У 2016 годзе Інстытут стварыў Molecular Robotics Initiative, які аб'яднаў спецыялістаў па робататэхніцы, малекулярнай біялогіі і нанатэхналогіях. Навукоўцы былі ў захапленні ад адноснай незалежнасці і гнуткасці малекул, якія могуць самастойна збірацца і рэагаваць на навакольнае асяроддзе ў рэжыме рэальнага часу. Гэта функцыя азначае, што гэтыя праграмуемыя малекулы можна выкарыстоўваць для стварэння нанамаштабных прылад, якія могуць мець варыянты выкарыстання ў розных галінах прамысловасці.

Малекулярная робататэхніка стала магчымай дзякуючы найноўшым прарывам у генетычных даследаваннях, у прыватнасці, інструменту рэдагавання генаў CRISPR (кластэрныя кароткія паліндромныя паўторы з рэгулярнымі інтэрваламі). Гэты інструмент можа чытаць, рэдагаваць і разразаць ланцугі ДНК па меры неабходнасці. З дапамогай гэтай тэхналогіі можна маніпуляваць малекуламі ДНК у яшчэ больш дакладныя формы і характарыстыкі, у тым ліку біялагічныя схемы, якія могуць выяўляць любую патэнцыйную хваробу ў клетцы і аўтаматычна забіваць яе ці не даць ёй стаць ракавай. Гэта азначае, што малекулярныя робаты могуць зрабіць рэвалюцыю ў распрацоўцы лекаў, дыягностыцы і тэрапіі. Інстытут Wyss робіць неверагодны прагрэс у гэтым праекце, ужо заснаваўшы дзве камерцыйныя кампаніі: Ultivue для высокадакладнай візуалізацыі тканін і NuProbe для дыягностыкі нуклеінавых кіслот.

Разбуральнае ўздзеянне

Адной з галоўных пераваг малекулярнай робататэхнікі з'яўляецца тое, што гэтыя малюсенькія прылады могуць узаемадзейнічаць адзін з адным для дасягнення больш складаных мэтаў. Беручы прыклад з калоній насякомых, такіх як мурашкі і пчолы, даследчыкі працуюць над стварэннем рояў робатаў, якія могуць фармаваць складаныя формы і выконваць задачы, размаўляючы адзін з адным праз інфрачырвонае святло. Гэты тып гібрыдных нанатэхналогій, дзе межы ДНК могуць быць дапоўнены вылічальнай магутнасцю робатаў, можа мець некалькі прыкладанняў, у тым ліку больш эфектыўнае захоўванне даных, што можа прывесці да зніжэння выкідаў вугляроду.

У ліпені 2022 года студэнты з Універсітэта Эмары ў Джорджыі стварылі малекулярных робатаў з рухавікамі на аснове ДНК, якія могуць наўмысна рухацца ў пэўным кірунку. Рухавікі змаглі адчуць хімічныя змены ў навакольным асяроддзі і ведаць, калі спыніць рух або адкалібраваць кірунак. Даследчыкі заявілі, што гэта адкрыццё з'яўляецца вялікім крокам у напрамку медыцынскіх тэсціравання і дыягностыкі, таму што рой малекулярных робатаў цяпер можа мець зносіны паміж рухавікамі. Гэта таксама азначае, што гэтыя роі могуць дапамагчы кантраляваць хранічныя захворванні, такія як дыябет або гіпертанія. Аднак, нягледзячы на тое, што даследаванні ў гэтай галіне прынеслі пэўны прагрэс, большасць навукоўцаў сыходзяцца ў меркаванні, што да буйнамаштабнага рэальнага прымянення гэтых малюсенькіх робатаў застануцца гады.

Наступствы малекулярнай робататэхнікі

Больш шырокія наступствы малекулярнай робататэхнікі могуць уключаць:

Больш дакладныя даследаванні клетак чалавека, у тым ліку магчымасці дастаўкі лекаў у пэўныя клеткі.
Павелічэнне інвестыцый у даследаванні ў галіне нанатэхналогій, асабліва з боку медыцынскіх работнікаў і буйных фармацэўтычных кампаній.
Прамысловы сектар можа ствараць складаныя дэталі машын і расходныя матэрыялы з дапамогай роя малекулярных робатаў.
Расце адкрыццё матэрыялаў на малекулярнай аснове, якія можна ўжываць на чым заўгодна, ад адзення да дэталяў канструкцыі.
Нанаробаты, якія можна запраграмаваць на змяненне сваіх кампанентаў і кіслотнасці ў залежнасці ад таго, ці будуць яны працаваць у арганізме або па-за ім, што робіць іх вельмі эканамічна эфектыўнымі і гнуткімі работнікамі.