I nanorobot costruiti con il DNA potrebbero rivoluzionare la medicina
I sistemi robotici sono costituiti essenzialmente da sensori e attuatori, collegati a e coordinati da un’unità di elaborazione delle informazioni. Queste parti fabbricate, per lo più in metallo e plastica, sono generalmente assemblate insieme in modo meccanico. Per contro, il campo nascente della robotica basata sul DNA sfrutta la capacità di autoassemblaggio delle biomolecole per costruire sistemi robotici. «Il DNA è ideale per la robotica, in quanto può essere programmato per autoassemblarsi in modi specifici e altamente prevedibili», spiega Kurt Vesterager Gothelf, coordinatore del progetto DNA-Robotics, sostenuto dall’UE. Il progetto, intrapreso con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, è riuscito a costruire molte delle funzioni fondamentali di un robot, quali: rilevamento, attuazione, elaborazione delle informazioni e movimento. «Siamo riusciti a far progredire sensibilmente la ricerca verso la realizzazione di un nanorobot a DNA funzionale», afferma Gothelf dell’Università di Aarhus, sede del progetto.
Assemblaggio dei moduli
DNA-Robotics ha inizialmente tentato di utilizzare moduli di DNA simili a cubi per costruire le singole parti robotiche, ciascuna con funzioni diverse. Successivamente ci si è avvalsi di «Polycubes», un modello computerizzato sviluppato dal progetto per valutare rapidamente la capacità di assemblaggio di queste parti volta alla creazione di un sistema robotico. «È stato così dimostrato che, in teoria, i moduli cubici potevano funzionare; tuttavia, ciò si è rivelato difficile nella pratica all’interno del laboratorio, per cui siamo passati a un modello basato su telaio per costruire le nostre parti robotiche», aggiunge Gothelf. Questa tecnica alternativa prevedeva di utilizzare le vescicole, strutture organiche presenti all’interno di membrane, come impalcature attorno alle quali costruire la gamma di moduli robotici realizzati dal team. Tra questi, un cavo su scala nanometrica in un tubo in grado di trasferire informazioni da un punto all’altro, all’interno di una nanostruttura. «Questo è stato un esempio di trasduzione del segnale, essenziale per il funzionamento di un robot, proprio come il sistema nervoso di un essere umano che invia segnali alle varie parti del corpo affinché queste sappiano come reagire ai cambiamenti ambientali», osserva Gothelf. Nonostante l’approccio con telaio abbia funzionato bene per i singoli moduli, il team non è riuscito a integrarli in un sistema robotico funzionale. «La difficoltà di trovare una piattaforma comune per l’integrazione ci ha sorpreso. Inizialmente ci siamo ispirati ai robot modulari su macroscala, ma più di recente abbiamo analizzato il modo in cui la natura realizza l’integrazione attraverso la compartimentazione, ad esempio all’interno delle strutture cellulari», spiega Gothelf. Il team ha anche costruito un attuatore lineare con movimento limitato a un asse. Si tratta del primo passo verso l’ambizione di sviluppare una stampante molecolare in grado di fungere da catalizzatore per le reazioni chimiche necessarie a formare i moduli robotici basati sul DNA. Per controllare la stampa molecolare, la testina della stampante deve muoversi prima lungo una dimensione, poi lungo un’altra.
Comportamento avanzato su scala nanometrica
La capacità di realizzare comportamenti robotici avanzati su scala nanometrica comporta implicazioni rilevanti per molti settori, in particolare per la medicina, in quanto permette di progettare farmaci intelligenti personalizzati che erogano trattamenti in risposta a specifici segnali corporei. Infatti, l’Università Tecnica di Monaco, partner del progetto, ha sviluppato una struttura in grado di riconoscere e incapsulare virus specifici per disattivarli. Altri partner stanno lavorando su robot a DNA in grado di indurre una cascata di segnali intracellulari che innescano la morte delle cellule tumorali. «Affinché l’Europa mantenga il proprio vantaggio competitivo, è fondamentale formare i futuri ricercatori in questo settore. Siamo orgogliosi di contribuire con 14 ricercatori all’inizio della carriera, altamente qualificati e pronti a far progredire il settore», conclude Gothelf. Il team del progetto sta ora lavorando per superare la sfida dell’integrazione e garantire che le sue strutture robotiche siano sicure all’interno del corpo umano, oltre a ridurre i costi di produzione.
Parole chiave
DNA-Robotics, DNA, robot, farmaci intelligenti, biomolecola, stampante molecolare, scala nanometrica, vescicola, membrana, segnali, informazioni
