Un robot fatto di DNA che riordina le molecole / A robot made of DNA that rearranges the molecules

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Un microscopico robot in grado di sollevare molecole e trasportarle in un’area designata: è il nuovo progetto del California Institute of Technology, presentato in uno studio pubblicato su Science.

Un robot microscopico, fatto di DNA, in grado di fare ordine a livello molecolare: si muove, raccoglie diversi tipi di molecole e le trasporta in specifiche aree designate dai ricercatori. Si tratta del nuovo progetto del California Institute of Technology, presentato in uno studio pubblicato oggi sulle pagine di Science.

Proprio come i robotelettromeccanici vengono mandati in posti lontani, come ad esempio Marte, il nostro scopo è mandare robot molecolari in posti microscopici dove gli esseri umani non possono entrare,” ha spiegato Lulu Qian, responsabile del progetto, “Come ad esempio i vasi sanguigni. Il nostro obiettivo era progettare e costruire un robot molecolare in grado di poter riordinare le molecole con precisione”.

Il robot è composto da tre blocchi da costruzione, una gamba con due piedi per camminare, un braccio dotato di mano per trasportare le molecole, e un segmento in grado di riconoscere la zone dove la molecola va collocata. Ognuno di questi blocchi è composto da alcuni nucleotidi assemblati in un solo filamento di DNA – i blocchi possono inoltre essere assemblati in diverse combinazioni per realizzare robotcon compiti diversi, ad esempio un robot con più braccia e mani potrebbe trasportare molte molecole contemporaneamente.

Il robot costruito dal team è in grado di esplorare una superficie molecolare, raccogliere due diverse molecole, una fosforescente gialla e una fosforescente rosa (i colori servivano ai ricercatori a verificare che le molecole si trovassero nella corretta posizione alla fine dell’esperimento), e depositarle ciascuna in una distinta area della superficie. In 24 ore  – impiega circa 5 minuti a compiere un passo, e la distanza percorsa è di soli 6 nanometri, per intendersi – il robot è riuscito a riordinare sei diverse molecole, ma questo tempo viene notevolmente ridotto se si usano più robot contemporaneamente. In generale, la percentuale di successo si aggira attorno all’80%. Secondo i ricercatori, la velocità dei robot potrebbe essere inoltre aumentata aggiungendo una “coda” al loro design.

Nello studio, gli scienziati hanno anche discusso i vantaggi dell’utilizzare il DNA per assemblare macchine di questo tipo: possiede proprietà chimiche e fisiche uniche, già conosciute e in grado di essere programmate. I ricercatori possono infatti controllare la velocità dei movimenti del robot e la quantità di energia consumata, oltre che le diverse lunghezze dei filamenti, che possono di conseguenza rendere i passi del robot più corti o più lunghi in base alle necessità.

“Non abbiamo sviluppato questi robot con una specifica applicazione in mente”, ha concluso Qian, “Il nostro laboratorio si specializza nella scoperta dei principi ingegneristici che permettono lo sviluppo di robot composti da DNA. Tuttavia spero che altri ricercatori utilizzeranno queste scoperte in nuove applicazioni, come ad esempio utilizzare uno di questi robot per sintetizzare un farmaco a partire dai suoi componenti, rilasciandolo solamente quando riceve uno specifico segnale nei vasi sanguigni o nelle cellule”.

ENGLISH

A microscopic robot capable of lifting molecules and transporting them to a designated area: this is the new California Institute of Technology project, presented in a study published in Science.

A microscopic robot, made of DNA, can order molecular level: it moves, collects different types of molecules and transports them into specific areas designated by the researchers. This is the new California Institute of Technology project, presented in a study published today on Science's pages.

Just as robotic-electromechanics are sent to distant places, such as Mars, our aim is to send molecular robots into microscopic places where humans can not enter, "explained Lulu Qian, project manager," Such as blood vessels. Our goal was to design and build a molecular robot capable of re-ordering molecules with precision. "

The robot consists of three building blocks, one leg with two feet to walk, one hand arm to carry the molecules, and one segment recognizing the areas where the molecule is to be placed. Each of these blocks is made up of some nucleotides assembled into one strand of DNA - blocks can also be assembled in different combinations to perform robotics with different tasks, for example, a multi-arm robot and hands could carry many molecules simultaneously.

The robot built by the team is able to explore a molecular surface, collect two different molecules, a phosphorescent yellow and a phosphorescent pink (the colors used to test the molecules to be in the correct position at the end of the experiment), and deposit them each in a distinct area of the surface. In 24 hours - it takes about 5 minutes to take a step, and the distance traveled is only 6 nanometers, to understand - the robot has been able to rearrange six different molecules, but this time is greatly reduced if more robots are used simultaneously. In general, the percentage of success is around 80%. According to researchers, the speed of robots could also be increased by adding a "tail" to their design.

In the study, scientists have also discussed the benefits of using DNA to assemble such machines: it has unique, already known and programmable chemical and physical properties. In fact, researchers can control the speed of the robot's movements and the amount of energy consumed, as well as the different filament lengths, which can consequently make robot steps shorter or longer as needed.

"We did not develop these robots with a specific application in mind," concluded Qian, "Our laboratory specializes in discovering the engineering principles that allow the development of DNA-based robots. However, I hope that other researchers will use these discoveries in new applications, such as using one of these robots to synthesize a drug from its components, releasing it only when it receives a specific signal in blood vessels or cells. "

Da:

https://www.galileonet.it/2017/09/robot-dna-riordina-molecole/