EL - Επιστήμονες δημιουργούν για πρώτη φορά τεχνητά κύτταρα που συμπεριφέρονται σαν να είναι ζωντανά

η σημαντική πρόοδος, που περιγράφεται λεπτομερώς στο περιοδικό Nature Chemistry , επιτεύχθηκε από τη Ronit Freeman, ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας στο Chapel Hill (UNC-Chapel Hill), μαζί με την ομάδα της. Με το χειρισμό του DNA και των πρωτεϊνών – τα θεμελιώδη στοιχεία της ζωής – δημιούργησαν κύτταρα με την εμφάνιση και τη λειτουργικότητα των φυσικών κυττάρων. Αυτό το πρωτοποριακό έργο έχει τεράστιες δυνατότητες σε τομείς όπως η αναγεννητική ιατρική, τα συστήματα χορήγησης φαρμάκων και τα διαγνωστικά εργαλεία.

Μπορούμε τώρα να σκεφτούμε μηχανικούς ιστούς που είναι ευαίσθητοι στις περιβαλλοντικές αλλαγές και συμπεριφέρονται δυναμικά , εξήγησε ο Freeman, του οποίου το εργαστήριο βρίσκεται στο Τμήμα Εφαρμοσμένων Φυσικών Επιστημών του Κολεγίου Τεχνών και Επιστημών του UNC.

Τα κύτταρα και οι ιστοί αποτελούνται από πρωτεΐνες που συνδέονται για να εκτελέσουν συγκεκριμένες εργασίες και να δημιουργήσουν δομές. Οι πρωτεΐνες παίζουν βασικό ρόλο στο σχηματισμό του κυτταροσκελετού, ενός πλαισίου απαραίτητου για τη λειτουργία των κυττάρων. Ο κυτταροσκελετός παρέχει στα κύτταρα ευελιξία, επιτρέποντάς τους να αλλάξουν το σχήμα τους και να ανταποκριθούν στις περιβαλλοντικές ενδείξεις.

Το εργαστήριο Freeman ακολούθησε μια μοναδική προσέγγιση κατασκευάζοντας κύτταρα με λειτουργικούς κυτταροσκελετούς χωρίς τη χρήση φυσικών πρωτεϊνών. Αντίθετα, χρησιμοποίησαν μια νέα προγραμματιζόμενη τεχνολογία πεπτιδίου-DNA, η οποία κατευθύνει τα πεπτίδια – τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών – και επαναχρησιμοποίησαν γενετικό υλικό για να συνεργαστούν για να σχηματίσουν έναν κυτταροσκελετό. Σύμφωνα με τον Freeman, το DNA συνήθως δεν εμφανίζεται σε έναν κυτταροσκελετό. Ωστόσο, επαναπρογραμματίζοντας τις αλληλουχίες DNA για να χρησιμεύσουν ως αρχιτεκτονικό υλικό, μπόρεσαν να συνδέσουν πεπτίδια, δημιουργώντας δομές όταν τοποθετηθούν σε μια σταγόνα νερού.

Αυτή η ικανότητα προγραμματισμού του DNA με αυτόν τον τρόπο προσφέρει στους επιστήμονες την ευκαιρία να δημιουργήσουν κύτταρα με συγκεκριμένες λειτουργίες και ακόμη και να προσαρμόσουν την απόκριση ενός κυττάρου σε εξωτερικούς στρεσογόνους παράγοντες. Ενώ τα ζωντανά κύτταρα είναι πιο περίπλοκα από τα συνθετικά που δημιουργήθηκαν από το εργαστήριο του Freeman, είναι επίσης λιγότερο προβλέψιμα και πιο επιρρεπή σε σκληρά περιβάλλοντα, όπως οι ακραίες θερμοκρασίες.

Τα συνθετικά κύτταρα αποδείχθηκαν σταθερά ακόμη και στους 122 βαθμούς Φαρενάιτ (50 βαθμούς Κελσίου), υποδεικνύοντας ότι είναι δυνατό να δημιουργηθούν κύτταρα με αξιοσημείωτες ικανότητες σε συνθήκες συνήθως δυσμενείς για την ανθρώπινη ζωή. Ο Freeman σημειώνει ότι τα υλικά τους είναι σχεδιασμένα να μην διαρκούν επ’ αόριστον, αλλά να εκτελούν μια συγκεκριμένη λειτουργία και στη συνέχεια να διαμορφωθούν εκ νέου για νέες εργασίες. Αυτή η ευελιξία στο σχεδιασμό επιτρέπει την ενσωμάτωση διαφόρων σχεδίων πεπτιδίων ή DNA, επιτρέποντας την προσαρμογή των κυττάρων για υλικά όπως υφάσματα ή υφάσματα. Αυτά τα νέα υλικά μπορούν να ενσωματωθούν με άλλες τεχνολογίες συνθετικών κυττάρων, ανοίγοντας το δρόμο για πρωτοποριακές εφαρμογές στη βιοτεχνολογία και την ιατρική.

photo: freepik