¡Últimas noticias! ¡Científicos japoneses han desarrollado un pequeño robot molecular que puede tratar una variedad de enfermedades difíciles!

Hablando de robots, ¿cuál es nuestra primera impresión? ¿Se puede operar a distancia como un controlador de radio? ¿O los robots humanoides parecidos a la inteligencia artificial (IA) que has estado viendo mucho en las tiendas últimamente? Se trata de máquinas relativamente grandes, pero también se están realizando investigaciones para crear "robots moleculares" más pequeños que puedan desempeñar un papel activo en el cuerpo y tratar enfermedades difíciles.

Akira Kakugo, investigador asociado de la Escuela de Graduados en Ciencias de la Universidad de Hokkaido, creó un "robot molecular" que se ensambla con "partes químicas", es decir, moléculas, para reemplazar a los robots mecánicos anteriores. Continúa su investigación con el objetivo de realizar tareas dentro del cuerpo. Los resultados de la investigación son apasionantes y los humanos han creado con éxito el robot molecular más pequeño del mundo.

Piezas del Robot

Los robots móviles requieren de tres elementos. El sistema de accionamiento que proporciona energía al robot, el sistema de control inteligente que emite comandos y los sensores que detectan los comandos.

La parte del "sistema de accionamiento" del robot móvil de molécula pequeña creado por el Sr. Kakugo y otros es "Kineshin" y "Micro" tiene la función de transportar sustancias en el cuerpo humano, y Kineshin tiene la función de transportar sustancias en el cuerpo humano. la función de transportar sustancias en el cuerpo. El papel de la materia. Se elabora centrándose en una combinación de proteínas llamadas "tubos de ensayo".

La kinesina tiene la propiedad de “movimiento” y también se la llama “proteína motora”. La energía es la razón por la que las proteínas motoras atrajeron la atención en este estudio. Las proteínas motoras utilizan ATP como fuente de energía. Dado que el ATP también es una fuente de energía para los organismos vivos, se encuentra en grandes cantidades en el cuerpo humano. Dado que las fuentes de energía son sustancias que se encuentran dentro de los organismos vivos, no hay necesidad de preocuparse por el suministro de energía al considerar tareas como el tratamiento de enfermedades dentro de los organismos vivos. Ésta es una gran ventaja.

Kakugo se emocionó al ver el primer vídeo de un "robot molecular que utiliza ATP como fuente de energía" caminando. Pudo lograr este logro leyendo una gran cantidad de artículos y libros de referencia relacionados con la biotecnología y pasando por innumerables pruebas y errores. Dijo: "Sólo comencé a hacer esta investigación cuando era estudiante".

El ADN se utiliza en el "sistema de control inteligente" para transmitir órdenes de "cómo moverse" a las proteínas motoras. Se dice que el método fue presentado en una conferencia por el profesor Akinori Kuzuya, actualmente en la Facultad de Química y Biotecnología de la Universidad de Kansai, quien está realizando investigaciones sobre la síntesis del ADN y el control del comportamiento del ADN.

El ADN es la sustancia encargada del almacenamiento y transmisión de la información genética en los organismos vivos. Un grupo de dos hebras formado por una gran cantidad de moléculas llamadas cuatro tipos de bases: timina, adenina, guanina, citosina y. Cada uno de estos dos atrae una "hélice" y la timina en una cadena existe en una "estructura de doble hélice" donde la guanina y la citosina en la otra cadena están unidas de manera similar a la gelatina. Dado que la base de la otra parte a combinar se determina para cada base, cuando un conjunto de dos estructuras se desentraña y separa una por una, el ADN monocatenario es una molécula (base) en relación de apareamiento consigo misma.

Al aprovechar esta capacidad de manera experta, Kakugo y otros han podido usar el ADN para enviar comandos a las proteínas motoras para controlar su movimiento.

Proporcionando movimiento controlado por el ADN.

Cuando empezó a funcionar, surgieron los siguientes problemas. La pregunta era: "¿Qué tipo de programa debería escribir usando esta proteína motora?". El Sr. Kakugo estudió esto en profundidad.

"¿Se pueden fabricar robots moleculares hechos a partir de una proteína motora de sólo unas pocas micras de tamaño? ¿Son demasiado pequeños para ser útiles?" 100 micrones y un glóbulo rojo de 7,5 micrones de diámetro, un robot molecular hecho a partir de una única proteína motora parecería ciertamente diminuto. En aquella época me inspiré en la naturaleza: las hormigas pueden transportar cosas más grandes que ellas mismas.

"En ese caso, se pueden hacer grandes cosas reuniendo pequeños robots moleculares". Con esto en mente, el Sr. Kakugo inmediatamente decidió controlar su movimiento y enviarle ADN para "crear y dispersar el rebaño". ”. El desafío tuvo éxito: las investigaciones posteriores permitieron a los robots moleculares responder a órdenes más complejas. Por ejemplo, puedes crear un enjambre de moléculas y girarlo en un círculo, o crear otro enjambre de moléculas al mismo tiempo para explorar el área. Además, pueden transportar moléculas grandes como las hormigas.

El desafío final es el "sensor" que controla el comando. Ver gente de nuevo me dio una pista.

Fue entonces cuando conocí al profesor Hiroyuki Asanuma del Departamento de Ingeniería Biomolecular de la Universidad de Nagoya en un grupo de investigación. El profesor Asanuma está realizando investigaciones sobre el uso de la luz para controlar el movimiento molecular, como el uso de moléculas cuyas estructuras cambian con la luz para controlar la formación y liberación de dobles hélices en el ADN. Kakugo dijo que el estudio era sólo una pista.

Para activar y desactivar el "sistema de control", se le ocurrió la idea de una molécula cuya estructura cambiaría al exponerse al ADN. Al irradiar luz, cambia la forma de las moléculas unidas. Intentó aprovechar el hecho de que este cambio en la forma de la molécula desenvuelve y vuelve a unir el ADN bicatenario para cambiar órdenes. Luego creamos con éxito un robot molecular que se ensambla cuando se expone a la luz visible, que es visible para el ojo humano, y se dispersa cuando se expone a la luz ultravioleta, que es invisible para el ojo humano.

El plegamiento del ADN evoluciona a los robots moleculares

Los robots moleculares ya pueden hacer grandes cosas formando grupos, pero su debilidad es que son demasiado pequeños. "Dado que el efecto es tan bueno, ¿podemos hacer más desde el punto de vista estructural y de actuación utilizando el mismo material?". Con este fin, el Sr. Kakugo ha estado trabajando con el profesor Nobuki Akitani de la Facultad de Química y Biotecnología de la Universidad de Kansai y el profesor Akihiko. Konase del Departamento de Ingeniería de la Información, Escuela de Ciencia y Tecnología de la Información, Instituto de Tecnología de Tokio.

En este estudio, Kakugo y sus colegas se centraron en una estructura llamada "plegamiento del ADN". Cuando piensas en doblar, podrías pensar en doblar un trozo de papel para hacer un avión o anudar papel de origami para hacer una espada. El plegamiento del ADN es similar: se doblan hebras individuales largas de ADN y se une ADN más corto para asegurar la estructura y crear una estructura más grande.

En el experimento, se agregaron a los microtúbulos moléculas con ADN emparejado con la estructura de plegamiento del ADN para que sirvieran como punto de apoyo para la estructura de plegamiento del ADN y el movimiento de la proteína motora. Luego, los microtúbulos se ensamblan radialmente, formando estructuras que parecen estrellas. Cuando se les añade una molécula que une cuatro proteínas motoras (cinesinas), las estructuras en forma de estrella se ensamblan y lo que antes era una red a escala micrométrica se convierte inmediatamente en una red a escala milimétrica. He crecido.

Además, se añade ATP como fuente de energía. Luego, la estructura se redujo rápidamente a 1/40 de su tamaño original. Debido a que este movimiento contráctil es similar a los músculos llamados músculos lisos, que son los mismos músculos que se encuentran en los órganos internos del cuerpo, el sistema de impulso puede denominarse "músculo molecular artificial".

De hecho, esta contracción del "músculo molecular artificial" se observó incluso en ausencia de estructuras de plegamiento del ADN. Sin embargo, se dice que las personas con estructuras de origami de ADN se encogen 18 veces más rápido.

La presencia de origami de ADN es esencial no sólo para reducir los sistemas de accionamiento de las máquinas moleculares, sino también para fabricar diversas estructuras y lograr movimientos más complejos. Por lo tanto, participará de manera significativa en el futuro desarrollo de máquinas moleculares.

Dado que los robots moleculares y los músculos moleculares artificiales utilizados por los investigadores del profesor asociado esta vez están hechos de sustancias de organismos vivos, se espera que se utilicen como robots moleculares médicos que deben adaptarse bien a los organismos vivos. . se completará. En un futuro próximo llegará el día en que los pequeños robots salvarán nuestras vidas.

El Sr. Kakugo dijo en su discurso sobre los robots moleculares que me dejó una profunda impresión.

“Existen limitaciones en lo que puede hacer un robot molecular, pero al agregar robots moleculares es posible lograr cosas que una persona no puede hacer. En el futuro, se proporcionarán robots moleculares con diversas funciones y estructuras. Si se desarrolla y se convierte en un grupo, puede ejercer un poder ilimitado, y lo mismo es cierto para mí, la capacidad de una persona es limitada y estos estudios solo se pueden llevar a cabo con la ayuda de muchos investigadores. > "Quiero resolver aunque sea un poquito los problemas que enfrenta la humanidad. Si trabajamos juntos, las posibilidades son infinitas".

Muchos investigadores están colaborando en investigaciones con un potencial ilimitado sobre robots pequeños. Tengo muchas ganas de ver cómo se desarrollará e integrará en nuestras vidas en el futuro.