Pametne ćelije budućnosti: Revolucionarni sistem koji otkriva i suzbija bolesti u realnom vremenu

Istraživači sa Rajs univerziteta napravili su revolucionarni konstruktorski komplet za dizajniranje sintetičkih sistema u ljudskim ćelijama, koji im omogućava da detektuju i odgovore na specifične biološke signale. Ova tehnologija, zasnovana na fosforilaciji, može imati dalekosežne posledice u lečenju kompleksnih bolesti poput raka i autoimunih poremećaja. Njihova studija, objavljena u časopisu Science, označava značajan napredak u sintetičkoj biologiji, piše SciTech Daily.

- Zamislite mikroskopske procesore unutar ćelija, napravljene od proteina, koji mogu ‘odlučiti’ kako da reaguju na specifične signale, poput upale, markera rasta tumora ili nivoa šećera u krvi. Ovo istraživanje nas približava mogućnosti stvaranja pametnih ćelija koje mogu prepoznati znake bolesti i odmah ispuštati prilagođene tretmane kao odgovor - objašnjava Sjaoju Jang, doktorand programa za sisteme, sintetičku i fizičku biologiju na Rajs univerzitetu i glavni autor studije.

Preporučujemo

Ova tehnologija omogućava ćelijama da se ponašaju poput malih bioloških računara koji obrađuju informacije iz okruženja i aktivno reaguju. Umesto pasivnog čekanja na spoljne terapije, ćelije bi mogle same otkriti problem i odmah delovati, smanjujući vreme potrebno za reakciju organizma na bolest.

Nova metoda oslanja se na fosforilaciju, prirodni proces u kojem se fosfatna grupa dodaje proteinu, omogućavajući ćeliji da reaguje na svoju okolinu. Fosforilacija je ključna za mnoge ćelijske funkcije, uključujući konverziju spoljašnjih signala u unutrašnje odgovore. Ovi odgovori mogu uključivati kretanje, lučenje supstanci, reakciju na patogene ili aktivaciju određenih gena.

Kod višećelijskih organizama, fosforilaciono signaliziranje funkcioniše kroz kaskadne reakcije, poput niza oborenih domina. Prethodni pokušaji korišćenja ovog mehanizma u terapijske svrhe uglavnom su se oslanjali na preoblikovanje postojećih signalnih puteva u ljudskim ćelijama, ali je njihova složenost predstavljala ozbiljan izazov.

Međutim, naučnici sa Rajsa preokrenuli su način razmišljanja o ovom procesu. Umesto da pokušaju da izmene već postojeće signalne puteve, oni su otkrili da svaki korak u fosforilacionom lancu može funkcionisati kao modularna jedinica. Ove jedinice mogu se povezivati na nove načine, omogućavajući stvaranje potpuno novih puteva za prenos signala.

- Ovo otvara potpuno novi prostor za dizajniranje signalnih puteva. Pokazalo se da fosforilacioni ciklusi nisu samo međusobno povezani, već se mogu fleksibilno povezivati na nove načine, što ranije nije bilo izvesno - ističe Kejleb Bejšor, docent bioinženjeringa i biologije i glavni autor studije.

Ono što ovaj sistem čini posebno značajnim jeste brzina reakcije. Fosforilacija se odvija u sekundi ili minutima, što znači da bi novi sintetički signalni putevi mogli da reaguju na fiziološke promene u realnom vremenu. Nasuprot tome, mnogi raniji sintetički sistemi zasnivali su se na procesima poput transkripcije, koji mogu trajati satima.

Ova osobina može imati ključnu ulogu u medicini budućnosti. Na primer, ćelije imunog sistema koje koriste ovaj mehanizam mogle bi brzo prepoznati i neutralisati infekcije ili autoimune napade, umesto da čekaju dugotrajan odgovor organizma.

Naučnici su testirali ove sintetičke signalne puteve i otkrili da mogu efikasno detektovati spoljne signale, uključujući faktore upale. Da bi dokazali praktičnu primenu, razvili su ćelijski sistem sposoban da detektuje ove faktore, što bi moglo pomoći u kontroli autoimunih reakcija i smanjenju toksičnosti imunoterapije.

Još jedna ključna prednost ovog pristupa je njegova modularnost. Naučnici su razvili sistem koji omogućava lako povezivanje različitih signalnih jedinica, čime se otvara mogućnost stvaranja prilagođenih ćelijskih odgovora za različite medicinske potrebe.

- Naše istraživanje dokazuje da je moguće napraviti programabilne signalne sisteme u ljudskim ćelijama koji brzo i precizno odgovaraju na signale - kaže Bejšor, koji je i zamenik direktora Instituta za sintetičku biologiju na Rajs univerzitetu.

Ovaj institut, osnovan ranije ove godine, okuplja vodeće naučnike iz oblasti sintetičke biologije sa ciljem razvoja novih tehnologija koje bi mogle revolucionisati medicinu i biotehnologiju. Karolin Ažo-Franklin, direktorka instituta, naglašava da su rezultati ove studije primer transformativnog rada koji istraživači sa Rajsa rade u sintetičkoj biologiji.

- Ako su sintetički biolozi u poslednjih 20 godina naučili kako da manipulišu bakterijskim odgovorima na promene u okolini, istraživanje Bejšorove laboratorije nas vodi u novu eru, sposobnost kontrole trenutnog odgovora ćelija sisara na spoljašnje promene - zaključuje Ažo-Franklin.

Ova studija predstavlja veliki korak napred u sintetičkoj biologiji, otvarajući mogućnost za razvoj pametnih ćelija koje mogu prepoznati i neutralisati bolesti u realnom vremenu. Brzina, efikasnost i fleksibilnost novog sistema čine ga izuzetno obećavajućim za buduću medicinsku primenu.

Ukoliko se ova tehnologija uspešno implementira u kliničku praksu, mogla bi revolucionisati lečenje bolesti, omogućavajući ćelijama da same prepoznaju i leče problem, bez potrebe za spoljnim terapijama. Budućnost medicine možda leži upravo u pametnim ćelijama koje će moći da deluju brzo, precizno i efikasno.

(Telegraf Nauka / SciTech Daily)