Η δημιουργία υπολογιστών νανοκλίμακας για χρήση στην υγειονομική περίθαλψη ακριβείας είναι από καιρό ένα όνειρο πολλών επιστημόνων και παρόχων υγειονομικής περίθαλψης. Τώρα, για πρώτη φορά, οι ερευνητές στο Penn State δημιούργησαν ένα όργανο νανουπολογισμού που μπορεί να ελέγξει τη λειτουργία μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης που σχετίζεται με την κυτταρική κίνηση και τη μετάσταση του καρκίνου. Η έρευνα ανοίγει το δρόμο για την κατασκευή σύνθετων υπολογιστών νανοκλίμακας για την πρόληψη και θεραπεία του καρκίνου και άλλων ασθενειών.
Οι Nikolay Dokholyan και G. Thomas Passananti καθηγητές στο Penn State College Of Medicine, και οι συνεργάτες τους — συμπεριλαμβανομένου του Yashavantha Vishweshwaraiah, μεταδιδακτορικού ερευνητή στη φαρμακολογία, -δημιούργησαν μια “λογική πύλη τύπου τρανζίστορ,” που είναι ένας τύπος υπολογιστικής λειτουργίας στην οποία πολλές είσοδοι ελέγχουν μια έξοδο.
“Η λογική μας πύλη είναι μόνο η αρχή αυτού που θα μπορούσατε να ονομάσετε κυτταρική πληροφορική”, είπε, “αλλά είναι ένα σημαντικό ορόσημο επειδή αποδεικνύει την ικανότητα να εισάγει υποθετικές διεργασίες σε μια πρωτεΐνη και να ελέγχει τη λειτουργία της, δήλωσε ο Dokholyan. “Θα μας επιτρέψει να αποκτήσουμε μια βαθύτερη κατανόηση της ανθρώπινης βιολογίας και της νόσου και να εισαγάγουμε δυνατότητες για την ανάπτυξη θεραπειών ακριβείας.”
Η λογική πύλη της ομάδας περιελάμβανε δύο τομείς αισθητήρων σχεδιασμένους να ανταποκρίνονται σε δύο εισόδους — το φως και το φάρμακο ραπαμυκίνη. Η ομάδα στόχευσε την πρωτεϊνική κινάση εστιακής προσκόλλησης (FAK) επειδή εμπλέκεται στην κυτταρική προσκόλληση και κίνηση, τα οποία είναι τα αρχικά βήματα στην ανάπτυξη μεταστατικού καρκίνου.
“Πρώτον, εισήγαμε έναν ευαίσθητο στην ραπαμυκίνη τομέα, που ονομάζεται uniRapr, τον οποίο το εργαστήριο είχε προηγουμένως σχεδιάσει και μελετήσει, στο γονίδιο που κωδικοποιεί το FAK”, δήλωσε ο Vishweshwaraiah. “Στη συνέχεια, παρουσιάσαμε τον τομέα, LOV2, ο οποίος είναι ευαίσθητος στο φως. Μόλις βελτιστοποιήσαμε και τους δύο τομείς, τους συνδυάσαμε σε έναν τελικό σχεδιασμό λογικής πύλης.” Η ομάδα εισήγαγε το τροποποιημένο γονίδιο σε καρκινικά κύτταρα HeLa και, χρησιμοποιώντας συνεστιακή μικροσκοπία, παρατήρησε τα κύτταρα σε δοκιμαστικό σωλήνα. Μελέτησαν τα αποτελέσματα καθεμιάς από τις εισόδους ξεχωριστά, καθώς και τα αποτελέσματα των εισροών, στη συμπεριφορά των κυττάρων.
Ανακάλυψαν ότι όχι μόνο θα μπορούσαν να ενεργοποιήσουν γρήγορα το FAK χρησιμοποιώντας φως και ραπαμυκίνη, αλλά επίσης ότι αυτή η ενεργοποίηση είχε ως αποτέλεσμα τα κύτταρα να υποβάλλονται σε εσωτερικές αλλαγές που ενίσχυαν τις συγκολλητικές τους ικανότητες, οι οποίες τελικά μείωσαν την κινητικότητα τους.
Τα αποτελέσματά τους δημοσιεύθηκαν στις 16 Νοεμβρίου 2021 στο περιοδικό Nature Communications.
“Δείχνουμε για πρώτη φορά ότι μπορούμε να δημιουργήσουμε έναν λειτουργικό παράγοντα νανουπολογισμού μέσα σε ζωντανά κύτταρα που μπορούν να ελέγξουν τη συμπεριφορά των κυττάρων”, δήλωσε ο Vishweshwaraiah. “Ανακαλύψαμε επίσης μερικά ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά της πρωτεΐνης FAK, όπως οι αλλαγές που προκαλεί στα κύτταρα όταν ενεργοποιείται.”
Ο Dokholyan σημείωσε ότι η ομάδα ελπίζει να δοκιμάσει αυτούς τους νανουπολογιστικούς παράγοντες σε ζωντανούς οργανισμούς.
Μετάφραση-Επιμέλεια: Ειρήνη Παγκουλίδου
Πηγή: Με πληροφορίες από το Scitechdaily
