Вчені створюють штучні клітини, які діють як живі

У новому дослідженні, опублікованому в Nature Chemistry, дослідниця UNC-Chapel Hill Роніт Фрімен та її колеги описують кроки, які вони вжили для маніпулювання 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 поводитися 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.

«ДНК зазвичай не з’являється в цитоскелеті», — каже Фрімен. «Ми перепрограмували послідовності ДНК так, щоб вони діяли як архітектурний матеріал, зв’язуючи пептиди. Після того, як 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 складніші, ніж синтетичні, створені лабораторією Фрімена, вони також більш непередбачувані та сприйнятливіші до агресивних середовищ, таких як сильні температури.

«Синтетичні клітини були стабільними навіть при 122 градусах за Фаренгейтом, відкриваючи можливість виробництва клітин 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».