'Máy tính' nano dựa trên protein phát triển để có khả năng ảnh hưởng đến hành vi của tế bào

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

26 Tháng năm 2023 (Tin tức Nanowerk) Tác nhân điện toán nano dựa trên protein đầu tiên có chức năng như một mạch điện đã được tạo ra bởi các nhà nghiên cứu của Penn State. Cột mốc này giúp họ tiến một bước gần hơn tới việc phát triển các liệu pháp dựa trên tế bào thế hệ tiếp theo để điều trị các bệnh như tiểu đường và ung thư. Phương pháp tiếp cận sinh học tổng hợp truyền thống cho các liệu pháp dựa trên tế bào, chẳng hạn như phương pháp tiêu diệt tế bào ung thư hoặc khuyến khích tái tạo mô sau khi bị thương, dựa vào sự biểu hiện hoặc ức chế các protein tạo ra hành động mong muốn trong tế bào. Cách tiếp cận này có thể mất thời gian (để protein được biểu hiện và phân hủy) và tiêu tốn năng lượng tế bào trong quá trình này. Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Y khoa Bang Penn và Viện Huck thuộc Khoa học Đời sống đang thực hiện một cách tiếp cận khác. Nikolay Dokholyan, Giáo sư G. Thomas Passananti và phó chủ tịch nghiên cứu tại Khoa Dược cho biết: “Chúng tôi đang chế tạo các protein trực tiếp tạo ra một hành động mong muốn. “Các thiết bị dựa trên protein hoặc tác nhân điện toán nano của chúng tôi phản ứng trực tiếp với các kích thích (đầu vào) và sau đó tạo ra một hành động (đầu ra) mong muốn.” Trong một nghiên cứu được công bố trên Những tiến bộ khoa học ("Mạch logic protein tổ hợp không giao hoán điều khiển sự định hướng của tế bào trong môi trường nano"), Dokholyan và nghiên cứu sinh tiến sĩ về gen và tin sinh học Jiaxing Chen mô tả cách tiếp cận của họ để tạo ra tác nhân điện toán nano. Họ đã thiết kế một loại protein mục tiêu bằng cách tích hợp hai miền cảm biến hoặc các vùng phản ứng với các kích thích. Trong trường hợp này, protein mục tiêu phản ứng với ánh sáng và một loại thuốc gọi là rapamycin bằng cách điều chỉnh hướng hoặc vị trí của nó trong không gian. Để kiểm tra thiết kế của họ, nhóm nghiên cứu đã đưa protein đã được thiết kế của họ vào các tế bào sống trong môi trường nuôi cấy. Bằng cách cho các tế bào nuôi cấy tiếp xúc với các kích thích, họ đã sử dụng thiết bị để đo lường những thay đổi về hướng của tế bào sau khi các tế bào tiếp xúc với các kích thích của miền cảm biến. Trước đây, họ tác nhân điện toán nano cần hai đầu vào để tạo ra một đầu ra. Bây giờ, Chen cho biết có hai đầu ra khả thi và đầu ra phụ thuộc vào thứ tự đầu vào được nhận. Nếu rapamycin được phát hiện trước, sau đó là ánh sáng, thì tế bào sẽ chấp nhận một góc định hướng của tế bào, nhưng nếu các kích thích được nhận theo thứ tự ngược lại, thì tế bào sẽ chấp nhận một góc định hướng khác. Chen cho biết bằng chứng về khái niệm thử nghiệm này mở ra cơ hội phát triển các tác nhân điện toán nano phức tạp hơn. Chen cho biết: “Về mặt lý thuyết, bạn càng nhúng nhiều đầu vào vào một tác nhân điện toán nano, thì càng có nhiều kết quả tiềm năng có thể thu được từ các kết hợp khác nhau. “Đầu vào tiềm năng có thể bao gồm các kích thích vật lý hoặc hóa học và đầu ra có thể bao gồm những thay đổi trong hành vi của tế bào, chẳng hạn như hướng tế bào, di chuyển, sửa đổi biểu hiện gen và độc tế bào tế bào miễn dịch chống lại tế bào ung thư.” Nhóm có kế hoạch phát triển hơn nữa các tác nhân điện toán nano của họ và thử nghiệm các ứng dụng khác nhau của công nghệ. Dokholyan, một nhà nghiên cứu của Viện Ung thư Bang Penn và Viện Khoa học Thần kinh Bang Penn, cho biết khái niệm của họ một ngày nào đó có thể tạo cơ sở cho các liệu pháp dựa trên tế bào thế hệ tiếp theo cho các bệnh khác nhau, chẳng hạn như bệnh tự miễn dịch, nhiễm virus, tiểu đường, tổn thương thần kinh và ung thư. .