Oltre la biologia: creazione di cellule sintetiche dinamiche con DNA programmabile

Oltre la biologia: creazione di cellule sintetiche dinamiche con DNA programmabile

In un nuovo studio pubblicato suChimica naturale, Ronit Freeman, ricercatore dell'UNC-Chapel Hill, e i suoi colleghi descrivono i passaggi che hanno intrapreso per manipolare il DNA e le proteine ​​-; elementi costitutivi essenziali della vita -; per creare cellule che appaiono e si comportano come cellule del corpo. Questo risultato è il primo nel campo e ha implicazioni per gli sforzi nella medicina rigenerativa, nei sistemi di somministrazione dei farmaci e negli strumenti diagnostici.

"Con questa scoperta, possiamo immaginare la costruzione di materiali o tessuti sensibili ai cambiamenti nel loro ambiente e in grado di comportarsi dinamicamente", afferma Freeman, il cui laboratorio si trova nel Dipartimento di scienze fisiche applicate dell'UNC College of Arts and Sciences.

Cellule e tessuti sono costituiti da proteine ​​che si uniscono per svolgere compiti e formare strutture. Le proteine ​​sono essenziali per formare la struttura di una cellula, chiamata citoscheletro. Senza di essi le cellule non potrebbero funzionare. Il citoscheletro consente alle cellule di essere flessibili, sia nella forma che nella risposta all'ambiente.

Senza utilizzare proteine ​​naturali, il Freeman Lab ha costruito cellule con citoscheletri funzionali che possono cambiare forma e rispondere al loro ambiente. Per fare ciò, hanno utilizzato una nuova tecnologia programmabile di DNA peptidico che fa sì che i peptidi, gli elementi costitutivi delle proteine, e il materiale genetico riproposto lavorino insieme per formare un citoscheletro.

Il DNA normalmente non si trova nel citoscheletro. Abbiamo riprogrammato le sequenze di DNA affinché fungessero da materiale architettonico, collegando insieme i peptidi. Una volta posto questo materiale programmato in una goccia d'acqua, le strutture hanno cominciato a prendere forma.

Ronit Freeman, ricercatore, UNC-Chapel Hill

La capacità di programmare il DNA in questo modo significa che gli scienziati possono creare cellule che svolgono funzioni specifiche e persino mettere a punto la risposta di una cellula a fattori di stress esterni. Sebbene le cellule viventi siano più complesse delle cellule sintetiche create dal Freeman Lab, sono anche più imprevedibili e vulnerabili agli ambienti difficili come le temperature estreme.

"Le cellule sintetiche erano stabili anche a 122 gradi Fahrenheit, aprendo la possibilità di produrre cellule con capacità straordinarie in ambienti normalmente inadatti alla vita umana", afferma Freeman.

Invece di creare materiali progettati per durare, Freeman afferma che i suoi materiali sono adattati allo scopo; Esegui una funzione specifica e poi cambia te stesso per eseguire una nuova funzione. La loro applicazione può essere personalizzata aggiungendo diversi modelli di peptidi o DNA per programmare le cellule in materiali come tessuti o tessuti. Questi nuovi materiali possono essere integrati in altre tecnologie di cellule sintetiche, tutte con potenziali applicazioni che potrebbero rivoluzionare campi come la biotecnologia e la medicina.

"Questa ricerca ci aiuta a capire cosa costituisce la vita", afferma Freeman. “Questa tecnologia cellulare sintetica non solo ci consentirà di riprodurre ciò che fa la natura, ma anche di creare materiali che superano la biologia”.

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