Robotyka molekularna: te mikroskopijne roboty mogą zrobić prawie wszystko

• Autor:
• nazwisko autora

  Foresight Quantumrun
• Listopad 30, 2023

Podsumowanie spostrzeżeń

Robotyka molekularna, interdyscyplinarne przedsięwzięcie z pogranicza robotyki, biologii molekularnej i nanotechnologii, któremu przewodniczy Harvard Wyss Institute, napędza programowanie nici DNA w roboty zdolne do wykonywania skomplikowanych zadań na poziomie molekularnym. Wykorzystując edycję genów CRISPR, roboty te mogą zrewolucjonizować opracowywanie i diagnostykę leków, a takie podmioty jak Ultivue i NuProbe są wiodącymi podmiotami komercyjnymi. Podczas gdy badacze badają roje robotów DNA do złożonych zadań, podobnych do tworzenia kolonii owadów, na horyzoncie wciąż widać zastosowania w świecie rzeczywistym, obiecując niezrównaną precyzję podawania leków, dobrodziejstwo dla badań nanotechnologicznych i potencjał konstruowania materiałów molekularnych w różnych gałęziach przemysłu .

Kontekst robotyki molekularnej

Naukowcy z Instytutu Inżynierii Inspirowanej Biologicznie Wyss na Uniwersytecie Harvarda byli zaintrygowani innymi potencjalnymi przypadkami zastosowania DNA, które może łączyć się w różne kształty, rozmiary i funkcje. Próbowali robotyki. Odkrycie to było możliwe, ponieważ DNA i roboty łączy jedno – zdolność do programowania do określonego celu. W przypadku robotów można nimi manipulować za pomocą binarnego kodu komputerowego, a w przypadku DNA – za pomocą sekwencji nukleotydowych. W 2016 roku Instytut powołał Inicjatywę Robotyki Molekularnej, która skupia ekspertów w dziedzinie robotyki, biologii molekularnej i nanotechnologii. Naukowcy byli podekscytowani względną niezależnością i elastycznością cząsteczek, które mogą samoorganizować się i reagować w czasie rzeczywistym na otoczenie. Ta funkcja oznacza, że ​​te programowalne cząsteczki można wykorzystać do tworzenia urządzeń w skali nano, które można zastosować w różnych gałęziach przemysłu.

Robotykę molekularną umożliwiają najnowsze przełomy w badaniach genetycznych, w szczególności narzędzie do edycji genów CRISPR (skupione regularnie rozmieszczone krótkie powtórzenia palindromiczne). To narzędzie może w razie potrzeby odczytywać, edytować i wycinać nici DNA. Dzięki tej technologii cząsteczki DNA można manipulować, nadając im jeszcze bardziej precyzyjne kształty i cechy, w tym obwody biologiczne, które mogą wykryć każdą potencjalną chorobę w komórce i automatycznie ją zabić lub zapobiec przekształceniu się w nowotwór. Możliwość ta oznacza, że ​​roboty molekularne mogą zrewolucjonizować opracowywanie leków, diagnostykę i terapię. Instytut Wyss poczynił niesamowite postępy w realizacji tego projektu, zakładając już dwie komercyjne spółki: Ultivue zajmującą się precyzyjnym obrazowaniem tkanek i NuProbe zajmującą się diagnostyką kwasów nukleinowych.

Zakłócający wpływ

Jedną z głównych zalet robotyki molekularnej jest to, że te małe urządzenia mogą wchodzić w interakcje ze sobą, aby osiągnąć bardziej złożone cele. Czerpiąc wskazówki z kolonii owadów, takich jak mrówki i pszczoły, naukowcy pracują nad stworzeniem rojów robotów, które mogą tworzyć złożone kształty i wykonywać zadania, komunikując się ze sobą za pomocą światła podczerwonego. Tego typu hybryda nanotechnologii, w której granice DNA można zwiększyć za pomocą mocy obliczeniowej robotów, może mieć kilka zastosowań, w tym bardziej wydajne przechowywanie danych, co może skutkować niższą emisją dwutlenku węgla.

W lipcu 2022 r. studenci z Uniwersytetu Emory w Gruzji stworzyli roboty molekularne z silnikami opartymi na DNA, które mogą celowo poruszać się w określonym kierunku. Silniki były w stanie wykryć zmiany chemiczne w swoim otoczeniu i wiedzieć, kiedy przestać się poruszać lub zmienić kierunek. Naukowcy stwierdzili, że to odkrycie stanowi duży krok w kierunku testów medycznych i diagnostyki, ponieważ roje robotów molekularnych mogą teraz komunikować się między silnikami. Rozwój ten oznacza również, że roje te mogą pomóc w kontrolowaniu chorób przewlekłych, takich jak cukrzyca czy nadciśnienie. Jednakże chociaż badania w tej dziedzinie przyniosły pewne postępy, większość naukowców zgadza się, że zastosowania tych maleńkich robotów w świecie rzeczywistym na dużą skalę wymagają jeszcze wielu lat.

Implikacje robotyki molekularnej

Szersze implikacje robotyki molekularnej mogą obejmować: 

• Dokładniejsze badania na komórkach ludzkich, w tym możliwość dostarczania leków do określonych komórek.
• Zwiększone inwestycje w badania w dziedzinie nanotechnologii, szczególnie przez podmioty świadczące opiekę zdrowotną i duże firmy farmaceutyczne.
• Sektor przemysłowy może budować złożone części maszyn i materiały eksploatacyjne przy użyciu roju robotów molekularnych.
• Coraz większe odkrycie materiałów molekularnych, które można zastosować na wszystkim, od odzieży po części konstrukcyjne.
• Nanoroboty, które można zaprogramować tak, aby zmieniały swoje składniki i kwasowość w zależności od tego, czy będą musiały pracować w organizmach, czy na zewnątrz, co czyni je wysoce opłacalnymi i elastycznymi pracownikami.

Pytania do skomentowania

• Jakie są inne potencjalne korzyści stosowania robotów molekularnych w przemyśle?
• Jakie są inne potencjalne korzyści robotów molekularnych w biologii i opiece zdrowotnej?