Ο νανο-«υπολογιστής» που βασίζεται σε πρωτεΐνες εξελίσσεται στην ικανότητα να επηρεάζει τη συμπεριφορά των κυττάρων

Ο νανο-«υπολογιστής» που βασίζεται σε πρωτεΐνες εξελίσσεται στην ικανότητα να επηρεάζει τη συμπεριφορά των κυττάρων

Χρονική σήμανση: 26 Μαΐου 2023 1:13 μ.μ.
Κόμβος πηγής: 2683529
26 Μαΐου 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Ο πρώτος νανο-υπολογιστικός παράγοντας που βασίζεται σε πρωτεΐνες που λειτουργεί ως κύκλωμα δημιουργήθηκε από ερευνητές του Penn State. Το ορόσημο τους φέρνει ένα βήμα πιο κοντά στην ανάπτυξη κυτταρικών θεραπειών επόμενης γενιάς για τη θεραπεία ασθενειών όπως ο διαβήτης και ο καρκίνος. Οι παραδοσιακές προσεγγίσεις συνθετικής βιολογίας για θεραπείες με βάση τα κύτταρα, όπως αυτές που καταστρέφουν καρκινικά κύτταρα ή ενθαρρύνουν την αναγέννηση των ιστών μετά από τραυματισμό, βασίζονται στην έκφραση ή την καταστολή πρωτεϊνών που παράγουν την επιθυμητή δράση μέσα σε ένα κύτταρο. Αυτή η προσέγγιση μπορεί να πάρει χρόνο (για να εκφραστούν και να αποικοδομηθούν οι πρωτεΐνες) και να κοστίσει την κυτταρική ενέργεια στη διαδικασία. Μια ομάδα ερευνητών του Penn State College of Medicine και του Huck Institutes of the Life Sciences ακολουθούν μια διαφορετική προσέγγιση. «Κατασκευάζουμε πρωτεΐνες που παράγουν άμεσα την επιθυμητή δράση», δήλωσε ο Nikolay Dokholyan, καθηγητής G. Thomas Passananti και αντιπρόεδρος έρευνας στο Τμήμα Φαρμακολογίας. «Οι συσκευές μας που βασίζονται σε πρωτεΐνες ή οι νανο-υπολογιστικοί μας παράγοντες ανταποκρίνονται άμεσα σε ερεθίσματα (εισόδους) και στη συνέχεια παράγουν μια επιθυμητή δράση (εξόδους).» Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Προκαταβολές Επιστήμη ("Ένα μη μεταθετικό λογικό κύκλωμα συνδυαστικής πρωτεΐνης ελέγχει τον προσανατολισμό των κυττάρων σε νανοπεριβάλλοντα"), Ο Dokholyan και ο διδακτορικός φοιτητής βιοπληροφορικής και γονιδιωματικής Jiaxing Chen περιγράφουν την προσέγγισή τους στη δημιουργία του πράκτορα νανο-υπολογιστών τους. Κατασκεύασαν μια πρωτεΐνη-στόχο ενσωματώνοντας δύο τομείς αισθητήρων, ή περιοχές που ανταποκρίνονται σε ερεθίσματα. Σε αυτή την περίπτωση, η πρωτεΐνη στόχος ανταποκρίνεται στο φως και σε ένα φάρμακο που ονομάζεται ραπαμυκίνη προσαρμόζοντας τον προσανατολισμό ή τη θέση της στο διάστημα. Για να δοκιμάσει το σχέδιό τους, η ομάδα εισήγαγε την τροποποιημένη πρωτεΐνη τους σε ζωντανά κύτταρα σε καλλιέργεια. Με την έκθεση των καλλιεργημένων κυττάρων στα ερεθίσματα, χρησιμοποίησαν εξοπλισμό για τη μέτρηση των αλλαγών στον κυτταρικό προσανατολισμό μετά την έκθεση των κυττάρων στα ερεθίσματα των περιοχών αισθητήρων. Παλαιότερα, τους Ο παράγοντας νανο-υπολογιστών απαιτούσε δύο εισόδους για να παράγει μία έξοδο. Τώρα, ο Chen λέει ότι υπάρχουν δύο πιθανές έξοδοι και η έξοδος εξαρτάται από τη σειρά που λαμβάνονται οι είσοδοι. Εάν ανιχνευθεί πρώτα η ραπαμυκίνη, ακολουθούμενη από φως, το κύτταρο θα υιοθετήσει μία γωνία προσανατολισμού του κυττάρου, αλλά εάν τα ερεθίσματα ληφθούν με αντίστροφη σειρά, τότε το κύτταρο υιοθετεί διαφορετική γωνία προσανατολισμού. Ο Chen λέει ότι αυτή η πειραματική απόδειξη της ιδέας ανοίγει την πόρτα για την ανάπτυξη πιο περίπλοκων νανο-υπολογιστικών παραγόντων. «Θεωρητικά, όσο περισσότερες εισροές ενσωματώνετε σε έναν νανο-υπολογιστικό παράγοντα, τόσο περισσότερα πιθανά αποτελέσματα θα μπορούσαν να προκύψουν από διαφορετικούς συνδυασμούς», είπε ο Chen. «Οι πιθανές εισροές θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν φυσικά ή χημικά ερεθίσματα και οι εκροές θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν αλλαγές στις κυτταρικές συμπεριφορές, όπως η κατεύθυνση των κυττάρων, η μετανάστευση, η τροποποίηση της γονιδιακής έκφρασης και η κυτταροτοξικότητα των κυττάρων του ανοσοποιητικού έναντι των καρκινικών κυττάρων». Η ομάδα σχεδιάζει να αναπτύξει περαιτέρω τους νανο-υπολογιστικούς παράγοντες της και να πειραματιστεί με διαφορετικές εφαρμογές της τεχνολογίας. Ο Dokholyan, ερευνητής με το Penn State Cancer Institute και το Penn State Neuroscience Institute, είπε ότι η ιδέα τους θα μπορούσε κάποτε να αποτελέσει τη βάση των κυτταρικών θεραπειών επόμενης γενιάς για διάφορες ασθένειες, όπως αυτοάνοσες ασθένειες, ιογενείς λοιμώξεις, διαβήτης, τραυματισμός νεύρων και καρκίνος. .

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Νανοχόκ