انقلاب در عملکرد سلول‌های مصنوعی با نانوربات‌های DNA

شکل و ساختار سلول نقش مهمی در عملکرد زیستی دارد؛ این اصل که "شکل تابع عملکرد است" در طراحی مدرن و معماری نیز کاربرد دارد. انتقال این اصل به سلول‌های مصنوعی یکی از چالش‌های زیست‌شناسی مصنوعی است. پیشرفت‌های فناوری نانوی DNA راه‌حل‌های امیدوارکننده‌ای ارائه داده است که امکان ایجاد کانال‌های انتقالی جدید و بزرگ را فراهم می‌کند؛ کانال‌هایی که قادرند پروتئین‌های درمانی را از غشای سلولی عبور دهند.

به گزارش فیزیکس او آر جی،‌ در این زمینه، لورا نا لیو مدیر مؤسسه فیزیک دوم دانشگاه اشتوتگارت و محقق مؤسسه ماکس پلانک برای تحقیقات در حالت جامد، ابزاری نوآورانه برای کنترل شکل و نفوذپذیری غشا‌های لیپیدی در سلول‌های مصنوعی توسعه داده است. این غشا‌ها که از لایه‌های دوتایی لیپیدی ساخته شده‌اند، مدل‌های ساده‌ای از غشا‌های زیستی هستند که برای مطالعه پویایی غشاها، تعاملات پروتئینی و رفتار لیپید‌ها کاربرد دارند.

این پژوهش در نشریه Nature Materials منتشر شده است.

یک گام مهم در کاربرد فناوری نانوی DNA

این ابزار جدید می‌تواند راه را برای ایجاد سلول‌های مصنوعی کارآمد باز کند. تحقیقات لورا نا لیو و تیم او در تلاش است تأثیر قابل‌توجهی بر توسعه درمان‌های نوین بگذارد. آنها توانسته‌اند با استفاده از نانوربات‌های DNA وابسته به سیگنال، تعاملات برنامه‌ریزی‌شده‌ای با سلول‌های مصنوعی ایجاد کنند.

لیو این دستاورد را یک نقطه عطف در استفاده از فناوری نانوی DNA برای تنظیم رفتار سلولی می‌داند.

کانال‌های انتقال جدید برای پروتئین‌ها و آنزیم‌ها

تیم تحقیقاتی با ساختار‌های ساده‌ای به نام وزیکول‌های تک‌لایه‌ای غول‌پیکر (GUVs) کار کردند که مشابه سلول‌های زنده هستند. آنها توانستند با استفاده از نانوربات‌های DNA شکل و عملکرد این سلول‌های مصنوعی را تغییر دهند.

فناوری نانوی DNA که یکی از حوزه‌های اصلی تحقیقات لیو است، شامل ساختار‌های DNA اوریگامی است؛ رشته‌های DNA که با استفاده از توالی‌های کوتاه‌تر و طراحی‌شده به طور دقیق تا شده‌اند. تیم او از این ساختار‌ها به عنوان نانوربات‌های قابل تغییر استفاده کرد که قادر به تغییر شکل و تأثیرگذاری بر محیط خود در مقیاس میکرومتر هستند.

نتایج نشان داد که تغییر شکل این نانوربات‌ها می‌تواند با تغییر شکل GUV‌ها و ایجاد کانال‌های مصنوعی در غشا‌های مدل GUV همراه باشد. این کانال‌ها امکان عبور مولکول‌های بزرگ را فراهم کرده و در صورت نیاز دوباره بسته می‌شوند.

امکان طراحی ساختار‌های مصنوعی برای محیط‌های زیستی

به گفته استفان نوسبرگر، یکی از نویسندگان این پژوهش، این سیستم می‌تواند برای طراحی شکل و پیکربندی GUV‌ها به منظور ایجاد کانال‌های انتقالی در غشا‌ها استفاده شود. وی افزود که این مکانیسم در سلول‌های زنده معادل زیستی مستقیمی ندارد.

درک مکانیسم بیماری‌ها و بهبود درمان‌ها

سیستم کانال‌های میان‌غشایی ایجادشده توسط نانوربات‌های DNA امکان عبور مؤثر برخی مولکول‌ها و مواد را به داخل سلول‌ها فراهم می‌کند. این کانال‌ها قابل برنامه‌ریزی هستند و در صورت لزوم بسته می‌شوند.

این سیستم می‌تواند در سلول‌های زنده برای انتقال پروتئین‌ها یا آنزیم‌های درمانی به اهداف داخل سلولی مورد استفاده قرار گیرد و بدین ترتیب روش‌های جدیدی برای دارورسانی و مداخلات درمانی ارائه می‌دهد.

هاو یان، یکی دیگر از نویسندگان این پژوهش، اظهار داشت: «رویکرد ما امکانات جدیدی برای تقلید رفتار سلول‌های زنده باز می‌کند و این پیشرفت می‌تواند برای استراتژی‌های درمانی آینده بسیار مهم باشد.»

انتهای پیام/