Традиционные подходы синтетической биологии к клеточной терапии, такие как те, которые уничтожают раковые клетки или стимулируют регенерацию тканей после повреждения, основаны на экспрессии или подавлении белков, которые производят желаемое действие внутри клетки. Такой подход может потребовать времени (для экспрессии и разложения белков) и затрат клеточной энергии в процессе. Команда исследователей из Медицинского колледжа штата Пенсильвания и Института наук о жизни Хака использует другой подход.

"Мы разрабатываем белки, которые непосредственно оказывают желаемое действие", - сказал Николай Дохолян, профессор Дж. Томаса Пассананти и заместитель заведующего кафедрой фармакологии по исследованиям. "Наши устройства на основе белков или нанокомпьютерные агенты непосредственно реагируют на стимулы (входные данные), а затем производят желаемое действие (выходные данные)".

В исследовании, опубликованном в Научные достижения сегодня (26 мая) Дохолян и докторант по биоинформатике и геномике Цзясин Чен описывают свой подход к созданию нанокомпьютерного агента. Они сконструировали белок-мишень путем интеграции двух сенсорных доменов, или областей, которые реагируют на раздражители. В этом случае белок-мишень реагирует на свет и лекарственное средство под названием рапамицин, изменяя свою ориентацию, или положение в пространстве.

Чтобы протестировать свой дизайн, команда ввела сконструированный ими белок в живые клетки в культуре. Подвергая культивируемые клетки воздействию стимулов, они использовали оборудование для измерения изменений ориентации клеток после того, как клетки подвергались воздействию стимулов сенсорных доменов.

Ранее их нанокомпьютерному агенту требовалось два ввода для получения одного вывода. Теперь Чен говорит, что есть два возможных выхода, и выход зависит от того, в каком порядке принимаются входные данные. Если сначала обнаруживается рапамицин, а затем свет, клетка принимает один угол ориентации клетки, но если стимулы поступают в обратном порядке, то клетка принимает другой угол ориентации. Чен говорит, что это экспериментальное подтверждение концепции открывает двери для разработки более сложных нанокомпьютерных агентов.

"Теоретически, чем больше входных данных вы внедряете в нанокомпьютерный агент, тем больше потенциальных результатов может быть получено в результате различных комбинаций", - сказал Чен. "Потенциальные входные данные могут включать физические или химические стимулы, а выходные данные могут включать изменения в поведении клеток, такие как направление клеток, миграция, изменение экспрессии генов и цитотоксичность иммунных клеток против раковых клеток".

Команда планирует продолжить разработку своих нанокомпьютерных агентов и поэкспериментировать с различными приложениями этой технологии. Дохолян, исследователь из Института рака штата Пенсильвания и Института неврологии штата Пенсильвания, сказал, что их концепция может когда-нибудь лечь в основу клеточной терапии следующего поколения для лечения различных заболеваний, таких как аутоиммунные заболевания, вирусные инфекции, диабет, повреждение нервов и рак.

Яшаванта Вишвешварайя, Ричард Мейлман и Эрдем Табданов из Медицинского колледжа штата Пенсильвания также внесли свой вклад в это исследование. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Эта работа финансировалась Национальными институтами здравоохранения (грант 1R35GM134864) и Фондом Пассана.