Nanoneedles για τον έλεγχο απελευθέρωσης των μορίων στα κύτταρα

Η ικανότητα να ελεγχθεί η μεταφορά μορίων μέσω κυτταρικών μεμβρανών είναι μια σημαντική λειτουργία στη συνθετική βιολογία.

Μια νέα μελέτη από ερευνητές στο Ινστιτούτο Wyss του Χάρβαρντ του τμήματος “Biologically Inspired Engineering” και του “Harvard Medical School”, (HMS), εισάγει μια νέα μηχανική μέθοδος για τον έλεγχο της απελευθέρωσης των μορίων στο εσωτερικό των κυττάρων.

Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό “American Chemical Society Synthetic Biology” και η ομάδα περιγράφει τη χρήση των πολυμερών της πρωτεΐνης γνωστή ως “σώματα R”, τα οποία βρίσκονται σε ορισμένα βακτηρίδια, όπως η αναδιπλώμενες nanoneedles που μπορούν να επεκταθούν για να σπάσουν τις κυτταρικές μεμβράνες και να απελευθερώσουν τα μόρια κατόπιν εντολής.

“Αυτή είναι μία από τις καινοτομίες της φύσης, αλλά η ανακάλυψη εδώ είναι η ικανότητά μας να μεταφράσουμε αυτή τη διαδικασία από τη φύση σε ένα σύστημα που μπορούμε τώρα να κατασκευάσουμε και να ελέγξουμε», δήλωσε η Pamela Silver, κύρια συγγραφέας της μελέτης και καθηγήτρια βιοχημίας στο HMS.

Λειτουργώντας σαν ένα βιολογικό ενεργοποιητή, οι R φορείς ανταποκρίνονται σε επίπεδα pH που εκτείνεται από ένα στενά συνδεδεμένο πηνίο σε μια μακρά, λεπτή δομή παρόμοια με μια βελόνα νανοκλίμακας ή ακόντιο.

Στη φύση, τα βακτήρια που περιέχουν R φορείς ρίχνονται από ένα “στέλεχος δολοφόνο” των μονοκύτταρων οργανισμών που ονομάζεται paramecia.

Όταν ένας paramecium από ένα διαφορετικό στέλεχος καταπίνει αυτά που ρίχνουν τα βακτήρια που περιέχει R φορείς, μια διαφορά στο επίπεδο του pH μεταξύ των δύο στελεχών προκαλεί τα σώματα R για να επεκταθούν και να τρυπήσουν τα κυτταρικά τοιχώματα, απελευθερώνοντας τις τοξίνες που σκοτώνουν το paramecium.

Όμως, στη συνθετική βιολογία οι R φορείς αντιπροσωπεύουν τώρα ένα εντελώς νέο τρόπο ελέγχου της παράδοσης των ευεργετικών μορίων όπως οι βιολογικές θεραπείες, τα φαρμακευτικά ή άλλα ωφέλιμα φορτία σε συγκεκριμένα κύτταρα.

«Η έρευνά μας καθιερώνει τους R φορείς όπως οι βιολογικές μηχανές που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να σπάσουν μέσω μεμβρανών,” είπε η Jessica Polka, Ph.D.,

Ερευνητής στο Ινστιτούτο Wyss και HMS, η οποία ήταν η πρώτη συγγραφέας της μελέτης.

Το σημαντικό είναι πως οι R φορείς παρουσιάζουν μια φυσική και όχι γενετική στρατηγική για το χειρισμό των κυττάρων. Με την τροποποίηση του επιπέδου pH, οι R φορείς μπορούν να ρυθμιστούν για τον έλεγχο της απελευθέρωσης τοξινών ή για θεραπείες.