ساخت سلول های مصنوعی با عملکرد سلول های طبیعی

در مطالعه جدیدی که در Nature Chemistry منتشر شده است، رونیت فریمن، محقق UNC-Chapel Hill و همکارانش مراحلی را برای دستکاری DNA و پروتئین ها جهت ایجاد سلول هایی که شبیه سلول های بدن به نظر می رسند و عمل می کنند، توصیف می کنند. این دستاورد که برای اولین بار در این زمینه انجام شد، پیامدهایی برای تلاش‌ها در پزشکی احیاکننده، سیستم‌های تحویل دارو و ابزارهای تشخیصی دارد.

فریمن که آزمایشگاهش در بخش علوم فیزیکی کاربردی دانشکده هنر و علوم UNC است، می‌گوید: «با این کشف، می‌توانیم به بافت‌های مهندسی فکر کنیم که می‌توانند به تغییرات محیطی حساس باشند و به شیوه‌های دینامیکی رفتار کنند.

سلول‌ها و بافت‌ها از پروتئین‌هایی ساخته شده‌اند که برای انجام وظایف و ساختن ساختارها به هم کمک می کنند. پروتئین ها برای تشکیل چارچوب یک سلول به نام اسکلت سلولی ضروری هستند که بدون آن، سلول‌ها نمی‌توانند کار کنند. اسکلت سلولی به سلول ها اجازه می دهد که هم از نظر شکل و هم در پاسخ به محیط خود انعطاف پذیر باشند.

بدون استفاده از پروتئین های طبیعی، آزمایشگاه فریمن سلول هایی با اسکلت های سلولی کاربردی ساخت که می توانند شکل خود را تغییر دهند و به محیط اطراف خود واکنش نشان دهند. برای انجام این کار، آنها از یک فناوری پپتید-DNA قابل برنامه ریزی جدید استفاده کردند که پپتیدها، بلوک های سازنده پروتئین ها و مواد ژنتیکی تغییر کاربری داده شده را هدایت می کند تا با هم کار کنند و یک اسکلت سلولی تشکیل دهند.

فریمن می گوید: «DNA به طور معمول در اسکلت سلولی ظاهر نمی شود. ما توالی‌هایی از DNA را دوباره برنامه‌ریزی کردیم تا به عنوان یک ماده سازنده عمل کند و پپتیدها را به هم متصل کند. زمانی که این ماده برنامه‌ریزی شده در قطره‌ای آب قرار گرفت، ساختارها شکل گرفتند.

توانایی برنامه‌ریزی DNA به این روش به این معنی است که دانشمندان می‌توانند سلول‌هایی ایجاد کنند تا عملکردهای خاصی را انجام دهند و حتی واکنش سلول را به عوامل استرس‌زای خارجی تنظیم کنند. در حالی که سلول‌های زنده پیچیده‌تر از سلول‌های مصنوعی ساخته‌شده توسط آزمایشگاه فریمن هستند، اما غیرقابل پیش‌بینی‌تر هستند و در برابر محیط‌های متخاصم مانند دماهای شدید حساس‌تر هستند.

فریمن می‌گوید: «سلول‌های مصنوعی حتی در دمای ۱۲۲ درجه فارنهایت پایدار بودند و امکان ساخت سلول‌هایی با قابلیت‌های خارق‌العاده را در محیط‌هایی که معمولاً برای زندگی انسان‌ها نامناسب هستند، باز می‌کند».

فریمن می‌گوید به جای ایجاد موادی که برای ماندگاری ساخته شده‌اند، مواد آن‌ها برای کار ساخته شده‌اند – عملکرد خاصی را انجام می‌دهند و سپس خود را تغییر می‌دهند تا عملکرد جدیدی را انجام دهند. کاربرد آنها را می توان با افزودن طرح های مختلف پپتید یا DNA برای برنامه ریزی سلول ها در موادی مانند بافت سفارشی کرد. این مواد جدید می توانند با سایر فناوری های سلول مصنوعی ادغام شوند، همگی با کاربردهای بالقوه ای که می توانند زمینه هایی مانند بیوتکنولوژی و پزشکی را متحول کنند.

فریمن می گوید: «این تحقیق به ما کمک می کند بفهمیم چه چیزی زندگی را می سازد. این فناوری سلول مصنوعی نه تنها ما را قادر می سازد تا آنچه را که طبیعت انجام می دهد بازتولید کنیم، بلکه موادی را نیز می سازد که از زیست شناسی پیشی می گیرند.