Дослідники використовують передові методи для створення функціональних клітин, усуваючи розрив між синтетичними та біологічними матеріалами. У новому дослідженні, опублікованому в Nature Chemistry, дослідниця UNC-Chapel Hill Роніт Фрімен та її колеги описують кроки, які вони зробили, щоб маніпулювати ДНК і білками — основними будівельними блоками життя — для створення клітин, які виглядають і діють як клітини тіла. Це досягнення, перше в галузі, має наслідки для зусиль у сфері регенеративної медицини, систем доставки ліків і діагностичних інструментів.
«Завдяки цьому відкриттю ми можемо створити інженерні тканини або тканини, які можуть бути чутливими до змін у навколишньому середовищі та вести себе динамічно», — каже Фрімен, чия лабораторія знаходиться у відділі прикладних фізичних наук Коледжу мистецтв і наук UNC.
Клітини та тканини складаються з білків, які збираються разом, щоб виконувати завдання та створювати структури. Білки необхідні для формування каркаса клітини, який називається цитоскелетом. Без нього клітини не могли б функціонувати. Цитоскелет дозволяє клітинам бути гнучкими як за формою, так і відповідно до навколишнього середовища.
Без використання природних білків лабораторія Фрімена побудувала клітини з функціональними цитоскелетами, які можуть змінювати форму та реагувати на навколишнє середовище. Для цього вони використали нову програмовану технологію пептид-ДНК, яка спрямовує пептиди, будівельні блоки білків, і перепрофільований генетичний матеріал працювати разом, щоб сформувати цитоскелет.
Інноваційне програмування ДНК
«Зазвичай ДНК не міститься в цитоскелеті, — каже Фрімен. «Ми перепрограмували послідовності ДНК так, щоб вони діяли як архітектурний матеріал, зв’язуючи пептиди разом. Коли цей запрограмований матеріал помістили в краплю води, структури набули форми».
Здатність програмувати ДНК таким чином означає, що вчені можуть створювати клітини для виконання певних функцій і навіть точно налаштовувати реакцію клітини на зовнішні стресори. Хоча живі клітини є складнішими, ніж синтетичні, створені лабораторією Фрімена, вони також більш непередбачувані та більш сприйнятливі до агресивних середовищ, таких як сильні температури.
«Синтетичні клітини були стабільними навіть при 122 градусах за Фаренгейтом , відкриваючи можливість виготовляти клітини з надзвичайними можливостями в середовищах, зазвичай непридатних для життя людини», — каже Фріман.
Замість того, щоб створювати матеріали, які довговічні, Фрімен каже, що їхні матеріали створені для завдання — виконують певну функцію, а потім модифікуються для виконання нової функції. Їх застосування можна налаштувати шляхом додавання різних дизайнів пептидів або ДНК для програмування клітин у таких матеріалах, як тканини або тканини. Ці нові матеріали можна інтегрувати з іншими технологіями синтетичних клітин, усі з потенційними застосуваннями, які можуть революціонізувати такі галузі, як біотехнології та медицина.
«Це дослідження допомагає нам зрозуміти, що робить життя», — каже Фрімен. «Ця технологія синтетичних клітин не тільки дозволить нам відтворювати те, що робить природа, але й створювати матеріали, які перевершують біологію».