Quantumrun

MYNDAGREIÐSLA:

iStock

Sameindavélfærafræði: Þessi smásjá vélmenni geta gert nánast hvað sem er

Vísindamenn eru að uppgötva sveigjanleika og möguleika nanóvélmenna sem byggjast á DNA.

Höfundur:
Höfundur nafn
Quantumrun Foresight
Nóvember 30, 2023

Innsýn samantekt

Sameindavélfærafræði, þverfaglegt verkefni á tengslum vélfærafræði, sameindalíffræði og nanótækni, undir forystu Wyss Institute Harvard, knýr forritun DNA þráða í vélmenni sem geta sinnt flóknum verkefnum á sameindastigi. Með því að nýta CRISPR genabreytingar gætu þessi vélmenni gjörbylt lyfjaþróun og greiningu, þar sem aðilar eins og Ultivue og NuProbe leiða markaðssókn. Þó að vísindamenn séu að kanna kvik af DNA vélmenni fyrir flókin verkefni, í ætt við skordýrabyggðir, eru raunverulegar umsóknir enn á sjóndeildarhringnum, sem lofa óviðjafnanlega nákvæmni við afhendingu lyfja, blessun fyrir nanótæknirannsóknir og möguleika á að smíða sameindaefni í ýmsum atvinnugreinum .

Samhengi sameinda vélfærafræði

Vísindamenn við Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering í Harvard háskóla voru forvitnir um önnur hugsanleg notkunartilvik DNA, sem getur sett saman í mismunandi stærðir og virkni. Þeir reyndu vélmenni. Þessi uppgötvun var möguleg vegna þess að DNA og vélmenni deila einu - hæfileikann til að vera forritaður fyrir ákveðið markmið. Í tilfelli vélmennanna er hægt að vinna með þau í gegnum tvöfaldan tölvukóða og í tilfelli DNA með núkleótíðröðum. Árið 2016 stofnaði stofnunin Molecular Robotics Initiative, sem sameinaði vélfærafræði, sameindalíffræði og nanótæknisérfræðinga. Vísindamenn voru spenntir fyrir hlutfallslegu sjálfstæði og sveigjanleika sameinda, sem geta sett sig saman og brugðist við umhverfinu í rauntíma. Þessi eiginleiki þýðir að hægt er að nota þessar forritanlegu sameindir til að búa til tæki á nanóskala sem geta haft notkunartilvik í mismunandi atvinnugreinum.

Sameindavélfærafræði er virkjuð með nýjustu byltingum í erfðafræðirannsóknum, sérstaklega genabreytingarverkfærinu CRISPR (þyrpingar með reglulegu millibili, stuttum palindromic endurtekningum). Þetta tól getur lesið, breytt og klippt DNA þræði eftir þörfum. Með þessari tækni er hægt að hagræða DNA sameindum í enn nákvæmari lögun og eiginleika, þar á meðal líffræðilegar hringrásir sem geta greint hvers kyns hugsanlegan sjúkdóm í frumu og drepið hana sjálfkrafa eða komið í veg fyrir að hún verði krabbameinsvaldandi. Þessi möguleiki þýðir að sameindavélmenni geta gjörbylt lyfjaþróun, greiningu og meðferð. Wyss Institute tekur ótrúlegum framförum með þessu verkefni og hefur þegar stofnað tvö viðskiptafyrirtæki: Ultivue fyrir vefjamyndatöku með mikilli nákvæmni og NuProbe fyrir kjarnsýrugreiningu.

Truflandi áhrif

Einn helsti kosturinn við sameindavélfærafræði er að þessi örsmáu tæki geta haft samskipti sín á milli til að ná flóknari markmiðum. Vísindamenn taka vísbendingar frá nýlendum skordýra eins og maura og býflugna og vinna að því að þróa kvik vélmenna sem geta myndað flókin form og klárað verkefni með því að hafa samskipti sín á milli í gegnum innrauða ljósið. Þessi tegund af nanótækniblendingi, þar sem hægt er að auka mörk DNA með tölvugetu vélmenna, gæti haft nokkur forrit, þar á meðal skilvirkari gagnageymslu sem getur leitt til minni kolefnislosunar.

Í júlí 2022 bjuggu nemendur frá Emory háskólanum í Georgíu til sameindavélmenni með DNA-byggðum mótorum sem geta hreyft sig viljandi í ákveðna átt. Mótorarnir gátu skynjað efnafræðilegar breytingar í umhverfi sínu og vissu hvenær ætti að hætta að hreyfa sig eða endurkvarða stefnu. Rannsakendur sögðu að þessi uppgötvun væri stórt skref í átt að læknisfræðilegum prófunum og greiningu vegna þess að sameindavélmenni geta nú haft samskipti frá mótor til mótor. Þessi þróun þýðir líka að þessir kvik geta hjálpað til við að stjórna langvinnum sjúkdómum eins og sykursýki eða háþrýstingi. Hins vegar, þó að rannsóknir á þessu sviði hafi skilað nokkrum framförum, eru flestir vísindamenn sammála um að stórfelld, raunveruleg notkun þessara örsmáu vélmenna séu enn mörg ár í burtu.

Afleiðingar sameinda vélfærafræði

Víðtækari áhrif sameinda vélfærafræði geta falið í sér:

Nákvæmari rannsóknir á frumum manna, þar á meðal að geta afhent lyf til ákveðinna frumna.
Auknar fjárfestingar í nanótæknirannsóknum, sérstaklega hjá heilbrigðisstarfsmönnum og stórum lyfjafyrirtækjum.
Iðnaðargeirinn getur smíðað flókna vélahluta og vistir með því að nota kvik sameindavélmenna.
Aukin uppgötvun á sameindabundnum efnum sem hægt er að nota á hvað sem er, allt frá fatnaði til byggingarhluta.
Nanóvélmenni sem hægt er að forrita til að breyta íhlutum þeirra og sýrustigi, eftir því hvort þeir þurfa að vinna í lífverum eða utan, sem gerir þá mjög hagkvæma og sveigjanlega starfsmenn.