นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนอร์ธแคโรไลนาที่แชเปิลฮิลล์ ประสบความสำเร็จในการสร้างเซลล์เทียมที่ใช้งานได้จริงในห้องปฏิบัติการด้วยโปรแกรม DNA ที่ทำงานเหมือนกับสิ่งมีชีวิต ห้องปฏิบัติการฟรีแมนได้ออกแบบเซลล์ที่มีโครงร่างโครงร่างเซลล์ที่ทำงานได้โดยใช้แนวทางใหม่ที่เลี่ยงผ่านโปรตีนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ
โรนิท ฟรีแมน และทีมงานของเธอได้แสดงให้เห็นถึงความสำเร็จในการจัดการกับ DNA และโปรตีน ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของชีวิต เพื่อสร้างเซลล์เทียมที่มีลักษณะใกล้เคียงกับเซลล์ที่พบในร่างกายมนุษย์ จากข้อมูลของฟรีแมน เซลล์สังเคราะห์มีความเสถียรแม้ที่อุณหภูมิ 50° C ซึ่งเปิดกว้าง "ความเป็นไปได้ในการผลิตเซลล์ที่มีความสามารถพิเศษในสภาพแวดล้อมที่ปกติไม่เหมาะกับชีวิตมนุษย์"
แทนที่จะสร้างวัสดุที่จะคงอยู่ฟรีแมน พูดว่าว่าวัสดุของพวกเขาถูกสร้างขึ้นสำหรับงาน - ทำหน้าที่บางอย่างแล้วได้รับการแก้ไขเพื่อทำหน้าที่ใหม่ ความสำเร็จนี้มีแนวโน้มที่สำคัญสำหรับการพัฒนาเวชศาสตร์ฟื้นฟู วิธีการส่งยา และเทคโนโลยีการวินิจฉัย “ด้วยการค้นพบนี้ เราจึงสามารถคิดถึงผ้าที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมหรือผ้าที่อาจไวต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมและประพฤติตัวแบบไดนามิกได้” ฟรีแมนกล่าว
เซลล์และเนื้อเยื่ออาศัยโปรตีนในการทำงานต่างๆ และสร้างโครงสร้างที่สำคัญ โครงสร้างอย่างหนึ่งคือโครงร่างโครงร่างของเซลล์ ทำหน้าที่เป็นโครงร่างของเซลล์ ช่วยให้เซลล์ทำงานได้อย่างเหมาะสม โครงกระดูกมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษารูปร่างของเซลล์และอำนวยความสะดวกในการตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม ทีมงานได้ออกแบบเซลล์เทียมด้วยโครงร่างโครงร่างเซลล์ที่ใช้งานได้โดยใช้แนวทางใหม่ที่เลี่ยงโปรตีนจากธรรมชาติ พวกเขาได้พัฒนาเทคโนโลยีขั้นสูงที่เรียกว่าเทคโนโลยีเปปไทด์ดีเอ็นเอที่ตั้งโปรแกรมไว้ วิธีนี้จะจัดระเบียบความร่วมมือระหว่างเปปไทด์ ซึ่งเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของโปรตีน และสารพันธุกรรมที่ผ่านการแปรรูปเพื่อสร้างโครงร่างโครงกระดูก เป็นผลให้เซลล์ที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเหล่านี้สามารถปรับรูปร่างและตอบสนองต่อสัญญาณด้านสิ่งแวดล้อม ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพอันน่าทึ่งของชีววิทยาสังเคราะห์
“ปกติแล้ว DNA จะไม่ปรากฏในโครงร่างโครงกระดูก เราตั้งโปรแกรมลำดับ DNA ใหม่เพื่อให้ทำหน้าที่เป็นวัสดุทางสถาปัตยกรรมที่เชื่อมโยงเปปไทด์เข้าด้วยกัน” ฟรีแมนกล่าว “เมื่อวัสดุที่ตั้งโปรแกรมไว้นี้ถูกวางลงในหยดน้ำ โครงสร้างต่างๆ ก็เป็นรูปเป็นร่างขึ้นมา”
ความสามารถที่ไม่เคยมีมาก่อนในการเขียนโปรแกรม DNA ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างเซลล์ที่ออกแบบมาเพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะ และแม้แต่ควบคุมการตอบสนองของเซลล์เหล่านี้ต่อความเครียดภายนอก แม้ว่าเซลล์สังเคราะห์ที่สร้างขึ้นใน Freeman Lab จะไม่มีความซับซ้อนของเซลล์ที่มีชีวิต แต่ก็มีระดับที่สามารถคาดเดาได้และทนทานต่อสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น อุณหภูมิที่สูงมาก
แทนที่จะมุ่งเน้นไปที่การสร้างวัสดุที่ทนทาน Freeman เน้นย้ำถึงความสามารถในการปรับตัวของเซลล์เหล่านี้ ซึ่งได้รับการออกแบบมาให้ทำหน้าที่บางอย่าง จากนั้นจึงปรับให้เข้ากับงานใหม่ๆ
ด้วยการรวมเปปไทด์หรือโครงสร้าง DNA ที่แตกต่างกันเข้าด้วยกัน วัสดุเหล่านี้จึงสามารถปรับให้เข้ากับโปรแกรมเซลล์ในเนื้อเยื่อหรือเนื้อเยื่อได้ ความคล่องตัวนี้เปิดโอกาสในการบูรณาการกับเทคโนโลยีเซลล์สังเคราะห์อื่นๆ ซึ่งอาจปฏิวัติสาขาต่างๆ เช่น เทคโนโลยีชีวภาพและการแพทย์
“งานวิจัยนี้ช่วยให้เราเข้าใจว่าชีวิตประกอบด้วยอะไร” ฟรีแมนกล่าว “เทคโนโลยีเซลล์สังเคราะห์นี้จะช่วยให้เราไม่เพียงแต่จำลองสิ่งที่ธรรมชาติทำเท่านั้น แต่ยังสร้างวัสดุที่เหนือกว่าทางชีวภาพด้วย”
อ่าน: