Forskere skaber kunstige celler, der fungerer som levende celler

I en ny undersøgelse offentliggjort i Nature Chemistry , UNC-Chapel Hill-forsker Ronit Freeman og hendes kolleger beskriver de trin, de tog for at manipulere DNA og proteiner – essentielle byggesten i livet – for at skabe celler, der ser ud og fungerer som celler fra kroppen. Denne præstation, den første på området, har betydning for indsatsen inden for regenerativ medicin, lægemiddelleveringssystemer og diagnostiske værktøjer.

"Med denne opdagelse kan vi tænke på tekniske stoffer eller væv, der kan være følsomme over for ændringer i deres miljø og opføre sig på dynamiske måder," siger Freeman, hvis laboratorium er i Applied Physical Sciences Department ved UNC College of Arts and Sciences.

Celler og væv er lavet af proteiner, der samles for at udføre opgaver og lave strukturer. Proteiner er essentielle for at danne rammen af ​​en celle, kaldet cytoskelettet. Uden det ville cellerne ikke kunne fungere. Cytoskelettet tillader celler at være fleksible, både i form og som reaktion på deres miljø.

Uden at bruge naturlige proteiner byggede Freeman Lab celler med funktionelle cytoskeletter, der kan ændre form og reagere på deres omgivelser. For at gøre dette brugte de en ny programmerbar peptid-DNA-teknologi, der styrer peptider, byggestenene i proteiner og genbrugt genetisk materiale til at arbejde sammen for at danne et cytoskelet.

"DNA vises normalt ikke i et cytoskelet," siger Freeman. "Vi omprogrammerede sekvenser af DNA, så det fungerer som et arkitektonisk materiale, der binder peptiderne sammen. Når først dette programmerede materiale blev placeret i en dråbe vand, tog strukturerne form."

Evnen til at programmere DNA på denne måde betyder, at videnskabsmænd kan skabe celler til at tjene specifikke funktioner og endda finjustere en celles reaktion på eksterne stressfaktorer. Mens levende celler er mere komplekse end de syntetiske, der er skabt af Freeman Lab, er de også mere uforudsigelige og mere modtagelige over for fjendtlige miljøer, såsom svære temperaturer.

"De syntetiske celler var stabile selv ved 122 grader Fahrenheit, hvilket åbnede muligheden for at fremstille celler med ekstraordinære egenskaber i miljøer, der normalt er uegnede til menneskeliv," siger Freeman.

I stedet for at skabe materialer, der er lavet til at holde, siger Freeman, at deres materialer er lavet til opgaven - udføre en bestemt funktion og derefter ændre sig selv for at tjene en ny funktion. Deres anvendelse kan tilpasses ved at tilføje forskellige peptid- eller DNA-designs til programmering af celler i materialer som stoffer eller væv. Disse nye materialer kan integreres med andre syntetiske celleteknologier, alle med potentielle anvendelser, der kan revolutionere områder som bioteknologi og medicin.

"Denne forskning hjælper os med at forstå, hvad der gør livet," siger Freeman. "Denne syntetiske celleteknologi vil ikke bare sætte os i stand til at reproducere, hvad naturen gør, men også lave materialer, der overgår biologi."

Flere oplysninger: Margaret L. Daly et al., Designer peptid-DNA cytoskeletter regulerer funktionen af ​​syntetiske celler, Nature Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01509-w

Journaloplysninger: Naturkemi

Leveret af University of North Carolina ved Chapel Hill