Domníváte se, že nanotechnologie má podobu miniaturních robotů, kteří běží na elektřinu a posílají si sebou signály pomocí rádia? Pak vás patrně překvapivý nový výzkum pod vedením Yaniva Amira z izraeleské Bar-Ilanovy univerzity a přidružených soukromých týmů.

Vědcům se v něm podařilo demonstrovat, že biologičtí nanoroboti z DNA origami si můžou vzájemně vysílat a přijímat chemické signály stejným způsobem jako běžné buňky.

Společenství nanostrojů

Takzvaný quorum sensing, volně přeložitelné jako "vnímání komunity", v zásadě detekce chemických signálů, dovoluje buňkám rozhlížet se po svém okolí tím, že přijímají signály jiných buněk v okolí a jiným buňkám signály předávají.

Nanostrojům může totéž dovolit jak vzájemně koordinovatelné, čili "rojové" chování, tak i napojení na komunikaci buněk. A to může zase vést k přesnějšímu zaměření nanostroje na cílové, třeba rakovinové buňky. Nanostroje, plovoucí lidskými těly pak mohou roznášet léky nebo odřezávat nádory.

zdroj: YouTube

Aktuální práce je prvním příkladem, kdy se quorum sensing podařilo propůjčit i nanostrojům ve formě DNA origami.

Prozatím dokážou biologické stroje jenom rozlišovat mezi minimem signálů, potenciál je ale široký. Je například možné, aby z roje několika nanostrojů jenom minimum strojů detekovalo nějaký signál (třeba přítomnost cílové buňky) a předával je dál do zbytku roje, který přímý kontakt s buňkou nemá. Tomu se již budou věnovat další studie, v principů se však ukázalo, že chemická komunikace mezi nanostroji je možná.

Přístup ke skutečným nanostrojům lze obecně rozdělit na dvě možné cesty – anorganickou a organickou.

Není nano jako nano

Obě mají výhody a nevýhod, a existují vědecké týmy, které zkoumají každou z možností, či se je snaží zkombinovat. Anorganické nanostroje jsou v zásadě blízko tomu, co si člověk představí pod pojmem "robot".

Jsou to jednoduché strojky z kovu či podobných nebiologických materiálů, které ke své činnosti často využívají chemické či fyzikální reakce. Tento směr spoléhá spíše na vnější využití vlastností nanočástic.

Magnetické nanočástice tak například vědci můžou tělem navigovat s vysokou přesností díky externím magnetickým polím. Podobně mohou udělit světlem energii jiným anorganickým nanočásticím, a přimět je tak k vysokým otáčkám.

Vnější napájení může vést k vyšší účinnosti, ale vyžaduje specializovaná pracoviště, kam by pacienti museli chodit. Existují sice snahy, jak podobným strojkům zajistit i palubní zdroj energie, ale ty zatím nejsou dostatečně daleko.

Druhou kategorií jsou pak organické nanostroje. Tady je vývoj dál. Například nanostroje z DNA origami využívají právě kreativně zatočené sekvence DNA molekuly, která v tomto případě nepřenáší genovou informaci, ale fyzicky tvoří tělo nanostroje podobně jako zvířátka smotaná z podlouhlých modelovacích balónků.

Organické nanostroje častěji využívají reakcí vypůjčených ze světa biochemie. Díky tomu můžou být častěji autonomní, podobně jako buňky.

V minulosti už byly provedeny pokusy in vivo, kdy DNA origami nanostroje například doručily (vyhledávajíc cíl na základě mezibuněčné komunikace) do cév v okolí nádorů krevní koagulanty - a nádor tak odstřihly od výživy.

To vše se děje samostatně, ale právě absence "externí" energie jako v případě magnetických nanočástic také znamená, že podobné procesy jsou pomalejší a hůře stopovatelné. Čili potenciálně méně předvídatelné i obtížněji studovatelné. Před dvěma lety tak například vědci naučili podobný nanostroj in vitro i jezdit - problém je, že se strojek pohyboval v horizontu mikrometrů za hodinu.

Reálně tedy neexistuje jediná nanotechnologie, ale několik diametrálně odlišných podob nanotechnologie. Společné mají snad jenom jediné – každá z nich má potenciál změnit medicínu.

Studie byla publikována v žurnále Artificial Life.