A tudósok olyan, DNS-ből felépülő mikroszkopikus robotokat fejlesztenek, amelyek a jövőben képesek lehetnek a véráramban közlekedve pontosan a beteg sejtekhez juttatni a gyógyszereket, miközben célzottan veszik fel a harcot a vírusokkal és a daganatos elváltozásokkal.

Ezek a programozható molekuláris szerkezetek emellett nanométeres léptékben adat­tároló rendszereket és számítási eszközöket is összeállíthatnak, ugyanakkor a jelenlegi fejlesztések többsége még kísérleti fázisban jár, így inkább a koncepció működőképességét bizonyítják, mintsem azonnal alkalmazható technológiát kínálnak.

A kutatók a DNS különleges tulajdonságait kihasználva olyan működő gépeket terveznek, amelyek merev illesztéseket, rugalmas elemeket és az origami hajtogatási technikára emlékeztető szerkezeti megoldásokat ötvöznek.

A hagyományos robotikában alkalmazott mechanikai elveket, például a merev és rugalmas rendszerek kombinációját, a nanoszkopikus tartományba ültetik át, ami lehetővé teszi, hogy ezek az apró szerkezetek méretük ellenére szabályozott és ismételhető műveleteket hajtsanak végre.

A DNS-robotok irányítása

Komoly kihívást jelent azonban a DNS-robotok irányítása a folyamatosan változó molekuláris környezetben, ahol a véletlenszerű mozgások könnyen eltéríthetik őket a kívánt pályától.

Ennek kezelésére a szakemberek olyan vezérlési megoldásokat dolgoztak ki, amelyek kiszámítható viselkedést biztosítanak, különösen a DNS-szálcsere nevű biokémiai folyamat alkalmazásával, amely során meghatározott „üzemanyag” és „szerkezet” jelölésű szekvenciák programozzák a mozgást és az aktivitást – adta hírül a ScienceDaily.

A biokémiai szabályozás

A biokémiai szabályozás mellett külső fizikai jelekkel, például elektromos és mágneses mezőkkel, illetve fénnyel is befolyásolható ezeknek a molekuláris gépeknek a működése, ami rendkívül finomhangolható irányítást tesz lehetővé. E különböző módszerek együttesen olyan eszköztárat alkotnak, amely nagy pontosságú vezérlést kínál a DNS-alapú rendszerek számára.

Az orvostudományban ezek az eszközök akár „nanosebészként” is működhetnek, mivel képesek lehetnek felismerni a beteg sejteket és közvetlenül ott felszabadítani a terápiás hatóanyagokat, csökkentve ezzel a mellékhatásokat. Emellett vizsgálják annak lehetőségét is, hogy a jövőben vírusokat, köztük a SARS-CoV-2-höz hasonló kórokozókat is befogjanak vagy semlegesítsenek, miközben hosszabb távon teljesen autonóm gyógyszerszállító platformokká válhatnak.

Jöhet az áttörés

A technológia az ipari gyártásban is áttörést hozhat, mivel programozható sablonként működve szubatomi pontossággal helyezhet el nanorészecskéket, ami új távlatokat nyithat a molekuláris számítástechnikában és a nagy hatékonyságú optikai eszközök fejlesztésében. Ugyanakkor a makroszkopikus rendszerekről a molekuláris méretre való átállás olyan problémákat vet fel, mint a Brown-mozgás okozta bizonytalanság, ami megnehezíti a precíz irányítást.

A szakemberek szerint további akadályt jelent, hogy jelenleg nem áll rendelkezésre átfogó adatbázis a DNS-szerkezetek mechanikai tulajdonságairól, és a viselkedésüket előrejelző szimulációs eszközök sem kellően kiforrottak.

A megoldást széles körű tudományos együttműködésben látják, amely magában foglalja szabványosított DNS-alkatrész könyvtárak létrehozását, a mesterséges intelligencia bevonását a tervezésbe és a szimulációba, valamint a biogyártási technológiák továbbfejlesztését.

„A holnap robotjai nem csupán fémből és műanyagból készülnek majd” – fogalmaz a kutatócsoport. „Biológiai alapúak, programozhatók és intelligensek lesznek. Olyan eszközökké válnak, amelyekkel végre uralhatjuk a molekuláris világot.”