Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Βόρειας Καρολίνας στο Τσάπελ Χιλ (UNC-Chapel Hill) δημιούργησαν για πρώτη φορά τεχνητά κύτταρα στο εργαστήριο τα οποία μοιάζουν και λειτουργούν όπως τα κύτταρα του ανθρώπινου οργανισμού.

Οπως αναφέρουν οι επιστήμονες σε δημοσίευσή τους στο περιοδικό «Nature Chemistry», το επίτευγμα αυτό ανοίγει νέους δρόμους στην αναγεννητική ιατρική, στην ανάπτυξη συστημάτων μεταφοράς φαρμάκων αλλά και διαγνωστικών εργαλείων.

Κατ’εικόνα και καθ’ομοίωσιν

Στη δημοσίευσή τους η δρ Ρόνιτ Φρίμαν και οι συνεργάτες της περιγράφουν τα βήματα που ακολούθησαν προκειμένου να διαχειριστούν το DNA αλλά και πρωτεΐνες – δομικά στοιχεία της ζωής – για τη δημιουργία των κυττάρων που έχουν εικόνα αλλά και συμπεριφορά ίδιες με τα κανονικά κύτταρα. «Η ανακάλυψή μας θα οδηγήσει στην ανάπτυξη ιστών που θα είναι ευαίσθητοι στις αλλαγές που λαμβάνουν χώρα στο περιβάλλον τους και θα συμπεριφέρονται με δυναμικό τρόπο» σημείωσε η δρ Φρίμαν, αναπληρώτρια καθηγήτρια του Τμήματος Εφαρμοσμένων Φυσικών Επιστημών στο Κολέγιο Τεχνών και Επιστημών του UNC.

«Τα τεχνητά κύτταρά μας ήταν σταθερά ακόμη και στους 50 βαθμούς Κελσίου»

Τα κύτταρά και οι ιστοί αποτελούνται από πρωτεΐνες οι οποίες συνεργάζονται για να φέρουν εις πέρας διαφορετικά καθήκοντα και να δημιουργήσουν διάφορες δομές. Οι πρωτεΐνες είναι απαραίτητες για τη δημιουργία του σκελετού των κυττάρων μας που ονομάζεται κυτταροσκελετός. Χωρίς αυτόν τα κύτταρα δεν θα μπορούσαν να λειτουργήσουν καθώς εκείνος τους επιτρέπει να είναι ευέλικτα τόσο στο σχήμα όσο και σε ό,τι αφορά την απόκρισή τους στο περιβάλλον τους.

Στην εικόνα παρουσιάζονται τα συνθετικά κύτταρα που δημιούργησαν οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Βόρειας Καρολίνας με χρήση μιας νέας τεχνολογίας προγραμματισμού του DNA και των πεπτιδίων. Με φούξια χρώμα αποτυπώνεται ο κυτταροσκελετός των κυττάρων ο οποίος δημιουργήθηκε μέσα από τη «συνεργασία» του γενετικού υλικού και των πεπτιδίων (UNC)

Χρήση νέας τεχνολογίας προγραμματισμού του DNA

Οι επιστήμονες του Εργαστηρίου της δρος Φρίμαν, χωρίς να χρησιμοποιήσουν φυσικές πρωτεΐνες, δημιούργησαν κύτταρα με λειτουργικό κυτταροσκελετό τα οποία μπορούσαν να αλλάζουν σχήμα και να αντιδρούν στο περιβάλλον τους. Για να το επιτύχουν αυτό χρησιμοποίησαν μια νέα τεχνολογία προγραμματισμού του DNA και των πεπτιδίων η οποία ουσιαστικώς καθοδηγεί τα πεπτίδια (τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών) καθώς και το γενετικό υλικό ώστε να συνεργαστούν για να δημιουργήσουν έναν κυτταροσκελετό.

«Αρχιτεκτονικό» γενετικό υλικό

«Υπό φυσιολογικές συνθήκες το DNA δεν εμφανίζεται στον κυτταρικό σκελετό. Αναπρογραμματίσαμε αλληλουχίες DNA ώστε να λειτουργούν ως αρχιτεκτονικό υλικό το οποίο δένει τα πεπτίδια μεταξύ τους. Μόλις το προγραμματισμένο αυτό υλικό τοποθετήθηκε σε μια σταγόνα νερό οι δομές πήραν σχήμα» περιέγραψε η καθηγήτρια.

Συνθετικά κύτταρα που αντέχουν στα δύσκολα

Η ικανότητα προγραμματισμού του DNA με αυτόν τον τρόπο μεταφράζεται στο ότι οι επιστήμονες θα μπορούν να δημιουργούν κύτταρα τα οποία θα υπηρετούν συγκεκριμένες λειτουργίες, ακόμη και να ρυθμίσουν την απόκριση των κυττάρων σε εξωγενείς στρεσογόνους παράγοντες.

Παρότι τα κύτταρα του οργανισμού είναι πιο πολύπλοκα σε σύγκριση με τα συνθετικά που δημιουργήθηκαν στο εργαστήριο της δρος Φρίμαν, είναι και πιο απρόβλεπτα στη συμπεριφορά καθώς και πιο ευάλωτα όταν βρίσκονται σε εχθρικά περιβάλλοντα, όπως είναι οι υψηλές θερμοκρασίες.

«Τα τεχνητά κύτταρά μας ήταν σταθερά ακόμη και στους 50 βαθμούς Κελσίου ανοίγοντας τον δρόμο δημιουργίας κυττάρων με απίστευτες δυνατότητες ακόμη και σε περιβάλλοντα υπό φυσιολογικές συνθήκες ακατάλληλα για την ανθρώπινη ζωή» είπε η δρ Φρίμαν.

Προς τη δημιουργία υλικών που θα ξεπερνούν την ίδια τη βιολογία

Σύμφωνα με την ερευνήτρια, στόχος της ομάδας της είναι η δημιουργία υλικών τα οποία θα μπορούν να εκτελούν μια συγκεκριμένη λειτουργία και στη συνέχεια θα τροποποιούνται ώστε να εκτελούν μια νέα λειτουργία. Ανάλογα με την περίπτωση, θα μπορούν να προστίθενται διαφορετικά πεπτίδια ή DNA ώστε να προγραμματίζονται τα κύτταρα σε υλικά όπως οι ιστοί ή ακόμη και τα υφάσματα με πιθανές εφαρμογές που υπόσχονται να φέρουν επανάσταση σε πεδία όπως αυτά της βιοτεχνολογίας και της ιατρικής.

«Αυτή η μελέτη μάς βοηθά να κατανοήσουμε τι δημιουργεί τη ζωή. Η νέα τεχνολογία δημιουργίας συνθετικών κυττάρων θα μας επιτρέψει όχι μόνο να αναπαράγουμε αυτό που κάνει η φύση αλλά να δημιουργήσουμε υλικά τα οποία ξεπερνούν την ίδια τη βιολογία» κατέληξε η δρ Φρίμαν.

Headlines