U novoj studiji objavljenoj u časopisu Priroda hemije, istraživač UNC-Chapel Hill Ronit Freeman i njene kolege opisuju korake koje su preduzeli da bi manipulisali DNK i proteinima – osnovnim građevnim blokovima života – da bi stvorili ćelije koje izgledaju i deluju kao ćelije iz tela. Ovo dostignuće, prvo u ovoj oblasti, ima implikacije na napore u regenerativnoj medicini, sistemima za isporuku lekova i dijagnostičkim alatima.
„Sa ovim otkrićem možemo razmišljati o inženjerskim tkaninama ili tkivima koji mogu biti osetljivi na promene u svom okruženju i ponašati se na dinamičan način“, kaže Friman, čija se laboratorija nalazi na Odeljenju za primenjene fizičke nauke UNC College of Arts and Sciences.
Ćelije i tkiva se sastoje od proteina koji se spajaju da obavljaju zadatke i prave strukture. Proteini su neophodni za formiranje okvira ćelije, nazvanog citoskelet. Bez toga, ćelije ne bi mogle da funkcionišu. Citoskelet omogućava ćelijama da budu fleksibilne, kako u obliku tako i kao odgovor na okruženje.
Bez korišćenja prirodnih proteina, Freeman Lab je izgradila ćelije sa funkcionalnim citoskeletima koji mogu da menjaju oblik i reaguju na okolinu. Da bi to uradili, koristili su novu programabilnu tehnologiju peptid-DNK koja usmerava peptide, gradivne blokove proteina i prenamenjeni genetski materijal da rade zajedno kako bi formirali citoskelet.
„DNK se normalno ne pojavljuje u citoskeletu“, kaže Friman. „Reprogramirali smo sekvence DNK tako da ona deluje kao arhitektonski materijal, vezujući peptide zajedno. Kada je ovaj programirani materijal stavljen u kapljicu vode, strukture su dobile oblik.“
Sposobnost programiranja DNK na ovaj način znači da naučnici mogu kreirati ćelije koje služe određenim funkcijama, pa čak i fino podesiti odgovor ćelije na spoljne stresore. Iako su žive ćelije složenije od sintetičkih koje je kreirala laboratorija Friman, one su takođe nepredvidljivije i podložnije neprijateljskim okruženjima, poput visokih temperatura.
„Sintetičke ćelije su bile stabilne čak i na 122 stepena Farenhajta, otvarajući mogućnost proizvodnje ćelija sa izuzetnim mogućnostima u okruženjima koja su inače neprikladna za ljudski život“, kaže Friman.
Umesto da stvara materijale koji su napravljeni da traju, Freeman kaže da su njihovi materijali napravljeni prema zadatku – obavljaju određenu funkciju, a zatim se modifikuju da služe novoj funkciji. Njihova primena se može prilagoditi dodavanjem različitih dizajna peptida ili DNK za programiranje ćelija u materijalima kao što su tkanine ili tkiva. Ovi novi materijali mogu da se integrišu sa drugim tehnologijama sintetičkih ćelija, sve sa potencijalnim aplikacijama koje bi mogle da revolucionišu polja poput biotehnologije i medicine.
„Ovo istraživanje nam pomaže da razumemo šta čini život“, kaže Friman. „Ova tehnologija sintetičkih ćelija neće nam samo omogućiti da reprodukujemo ono što priroda radi, već i da napravimo materijale koji prevazilaze biologiju.“
