Au-delà de la biologie : création de cellules synthétiques dynamiques avec un ADN programmable

Au-delà de la biologie : création de cellules synthétiques dynamiques avec un ADN programmable

Dans une nouvelle étude publiée dansChimie naturelle, Ronit Freeman, chercheur à l'UNC-Chapel Hill, et ses collègues décrivent les mesures qu'ils ont prises pour manipuler l'ADN et les protéines - ; éléments constitutifs essentiels de la vie - ; pour créer des cellules qui ressemblent et se comportent comme des cellules du corps. Cette réalisation est une première dans le domaine et a des implications pour les efforts en matière de médecine régénérative, de systèmes d'administration de médicaments et d'outils de diagnostic.

"Avec cette découverte, nous pouvons envisager la construction de matériaux ou de tissus sensibles aux changements de leur environnement et capables de se comporter de manière dynamique", explique Freeman, dont le laboratoire se trouve au Département des sciences physiques appliquées du Collège des arts et des sciences de l'UNC.

Les cellules et les tissus sont constitués de protéines qui s’assemblent pour accomplir des tâches et former des structures. Les protéines sont essentielles à la formation de la structure cellulaire, appelée cytosquelette. Sans eux, les cellules ne pourraient pas fonctionner. Le cytosquelette permet aux cellules d'être flexibles, tant dans leur forme que dans leur réponse à leur environnement.

Sans utiliser de protéines naturelles, le Freeman Lab a construit des cellules dotées de cytosquelettes fonctionnels capables de changer de forme et de réagir à leur environnement. Pour ce faire, ils ont utilisé une nouvelle technologie programmable peptide-ADN qui fait travailler ensemble les peptides, les éléments constitutifs des protéines, et le matériel génétique réutilisé pour former un cytosquelette.

L'ADN ne se trouve normalement pas dans un cytosquelette. Nous avons reprogrammé les séquences d'ADN pour qu'elles agissent comme un matériau architectural, reliant les peptides entre eux. Une fois ce matériau programmé placé dans une goutte d’eau, les structures ont commencé à prendre forme.

Ronit Freeman, chercheur, UNC-Chapel Hill

La capacité de programmer l'ADN de cette manière signifie que les scientifiques peuvent créer des cellules qui remplissent des fonctions spécifiques et même affiner la réponse d'une cellule aux facteurs de stress externes. Si les cellules vivantes sont plus complexes que les cellules synthétiques créées par le Freeman Lab, elles sont également plus imprévisibles et vulnérables aux environnements difficiles tels que les températures extrêmes.

"Les cellules synthétiques étaient stables même à 122 degrés Fahrenheit, ouvrant la possibilité de produire des cellules dotées de capacités extraordinaires dans des environnements normalement impropres à la vie humaine", explique Freeman.

Au lieu de créer des matériaux conçus pour durer, Freeman affirme que ses matériaux sont adaptés à cet objectif : ; Effectuez une fonction spécifique, puis changez-vous pour exécuter une nouvelle fonction. Leur application peut être personnalisée en ajoutant différentes conceptions de peptides ou d’ADN pour programmer les cellules dans des matériaux tels que des tissus ou des tissus. Ces nouveaux matériaux peuvent être intégrés à d’autres technologies de cellules synthétiques, toutes avec des applications potentielles susceptibles de révolutionner des domaines tels que la biotechnologie et la médecine.

«Cette recherche nous aide à comprendre ce qui constitue la vie», explique Freeman. «Cette technologie cellulaire synthétique nous permettra non seulement de reproduire ce que fait la nature, mais aussi de créer des matériaux qui surpassent la biologie.»

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