برخلاف اسکلت‌های سفت و سخت درون بدن ما، اسکلت‌های درون سلول‌های منفرد – اسکلت‌های سلولی – قابل تغییر و حتی مایع هستند. و هنگامی که این اسکلت‌های سلولی خود را دوباره سازماندهی می‌کنند، کاری بیش از پشتیبانی از اشکال مختلف سلولی انجام می‌دهند. آنها اجازه عملکردهای مختلف را می دهند.
پس جای تعجب نیست که دانشمندانی که سلول های مصنوعی می سازند امیدوارند اسکلت های سلولی مصنوعی بسازند که مانند اسکلت های سلولی طبیعی عمل کنند. اسکلت‌های سلولی مصنوعی که قادر به حمایت از تغییرات دینامیکی در شکل و عملکرد سلول هستند، می‌توانند توسعه سیستم‌های جدید دارورسانی، ابزارهای تشخیصی و کاربردهای پزشکی احیاکننده را توسعه دهند.
اسکلت‌های سلولی مصنوعی دارای بلوک‌های ساختمانی مانند پلیمرها، مولکول‌های کوچک، نانولوله‌های کربنی، پپتیدها و نانو رشته‌های DNA هستند. عمدتاً نانو رشته های DNA. اگرچه آنها قابلیت برنامه ریزی را ارائه می دهند، اما تنظیم دقیق آنها ممکن است دشوار باشد. برای دور زدن این مشکل، دانشمندان مستقر در UNC Chapel Hill به رهبری دکتر رونیت فریمن، احتمالات نسبتا ناشناخته ارائه شده توسط پپتیدها را بررسی کردند. به طور خاص، دانشمندان سلول های مصنوعی را با استفاده از رویکرد نانوتکنولوژی پپتید-DNA قابل برنامه ریزی مهندسی کردند.
جزئیات اخیراً در ظاهر شد شیمی طبیعتدر مقاله‌ای با عنوان «اسکلت‌های سلولی پپتید-DNA طراح، عملکرد سلول‌های مصنوعی را تنظیم می‌کنند». این مقاله تأکید می‌کند که مهندسی سلول‌های مصنوعی از پایین به بالا به یک «اسکلت سلولی قابل تنظیم مجدد نیاز دارد که بتواند در مکان‌های متمایز سازماندهی شود و به‌طور دینامیکی خواص ساختاری و مکانیکی آن را تعدیل کند». با توجه به این مقاله، رویکرد پپتید-DNA نشان دهنده پیشرفت به سمت مجموعه از پایین به بالا سلول های مصنوعی قابل تنظیم مجدد است.
نویسندگان مقاله نوشتند: “با الهام از پروتئین های متصل شونده به اکتین، ما به طور منطقی پیوندهای متقابل پپتید-DNA با توالی، طول، ظرفیت و هندسه متفاوت طراحی کردیم.” ما در اینجا نشان می‌دهیم که چگونه پپتیدهای رشته‌ای که از طریق هیبریداسیون DNA به هم متصل شده‌اند، بسته‌ها و شبکه‌هایی به شکل تاکتوئید با نسبت‌های ابعادی و مکانیک قابل تنظیم تشکیل می‌دهند. هنگامی که در داخل قطرات آب در روغن به اندازه سلول محصور می‌شوند، ساختارهای متمایز بسته به ویژگی‌های پیوند متقابل به صورت مکانی در قشر یا لومن قرار می‌گیرند، و وسعت بسته‌بندی تحرک محموله‌های درون قطره را از آب‌مانند به متوقف می‌کند. در نهایت، ما نشان می‌دهیم که چگونه کراسلینکرهای مختلف تغییرات را در شکل سلولی قطرات محصور شده با چربی هماهنگ می‌کنند.
اساساً، آزمایشگاه فریمن سلول هایی با اسکلت سلولی عملکردی ایجاد کرد که می توانند شکل خود را تغییر دهند و به محیط اطراف خود واکنش نشان دهند. و دانشمندان این کار را بدون استفاده از پروتئین های طبیعی انجام دادند. در عوض، آنها از فناوری جدیدی استفاده کردند که پپتیدها و مواد ژنتیکی تغییر کاربری داده شده را هدایت می کند تا با هم کار کنند تا اسکلت سلولی عملکردی تشکیل دهند که می تواند شکل خود را تغییر دهد و به محیط اطراف خود واکنش نشان دهد.
فریمن خاطرنشان کرد: “DNA به طور معمول در اسکلت سلولی ظاهر نمی شود.” ما توالی های DNA را دوباره برنامه ریزی کردیم تا به عنوان یک ماده معماری عمل کند و پپتیدها را به هم متصل کند. هنگامی که این ماده برنامه ریزی شده در یک قطره 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 گفت: “سلول های مصنوعی حتی در دمای 122 درجه فارنهایت پایدار بودند و امکان ساخت سلول هایی با قابلیت های فوق العاده را در محیط هایی که معمولاً برای زندگی انسان نامناسب هستند، باز می کند.”
فریمن می‌گوید به‌جای ایجاد موادی که برای ماندگاری ساخته شده‌اند، مواد آنها برای کار ساخته شده‌اند – عملکرد خاصی را انجام می‌دهند و سپس خودشان را برای انجام یک عملکرد جدید تغییر می‌دهند. کاربرد آنها را می توان با افزودن طرح های مختلف پپتید یا DNA برای برنامه ریزی سلول ها در موادی مانند پارچه یا 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 گفت: “این تحقیق به ما کمک می کند تا 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 گیرد.
The post ساخت سلول های مصنوعی با اسکلت های سلولی قابل برنامه ریزی پپتیدی-DNA اولین بار در GEN – اخبار مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی پدیدار شد.