Onderzoekers van de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill hebben met succes functionele kunstmatige cellen in het laboratorium geconstrueerd met geprogrammeerd DNA dat zich als levende cellen gedraagt. Het Freeman-lab heeft cellen met functionele cytoskeletten ontwikkeld met behulp van een nieuwe aanpak die natuurlijk voorkomende eiwitten omzeilt.
Ronit Freeman en haar team hebben hun succes gedemonstreerd in het manipuleren van DNA en eiwitten, de fundamentele bouwstenen van het leven, om kunstmatige cellen te creëren die sterk lijken op die in het menselijk lichaam. Volgens Freeman waren de synthetische cellen zelfs bij een temperatuur van 50°C stabiel. Dit opent "de mogelijkheid om cellen met buitengewone capaciteiten te produceren in omgevingen die normaal ongeschikt zijn voor menselijk leven."
In plaats van materialen te creëren die lang meegaan, Freeman zegt, dat hun materialen zijn gemaakt voor een taak: een bepaalde functie vervullen, en vervolgens worden aangepast om een nieuwe functie uit te voeren. Deze prestatie biedt aanzienlijke perspectieven voor de ontwikkeling van regeneratieve geneeskunde, methoden voor medicijnafgifte en diagnostische technologieën. "Dankzij deze ontdekking kunnen we nadenken over speciaal ontworpen stoffen of stoffen die gevoelig kunnen zijn voor veranderingen in de omgeving en zich dynamisch kunnen gedragen", zegt Freeman.
Cellen en weefsels zijn afhankelijk van eiwitten om verschillende taken uit te voeren en vitale structuren te bouwen. Eén zo'n structuur, het cytoskelet, dient als raamwerk voor de cel, waardoor deze goed kan functioneren. Het cytoskelet is van cruciaal belang voor het behouden van de celvorm en het vergemakkelijken van reacties op de omgeving. Het team ontwikkelde kunstmatige cellen met functionele cytoskeletten met behulp van een nieuwe aanpak die natuurlijke eiwitten omzeilt. Ze hebben een geavanceerde technologie ontwikkeld, genaamd geprogrammeerde peptide-DNA-technologie. Deze methode organiseert de samenwerking tussen peptiden, de fundamentele bouwstenen van eiwitten, en bewerkt genetisch materiaal om het cytoskelet te bouwen. Als gevolg hiervan kunnen deze gemanipuleerde cellen hun vorm aanpassen en reageren op signalen uit de omgeving, wat het opmerkelijke potentieel van synthetische biologie aantoont.
“DNA komt normaal gesproken niet voor in het cytoskelet. We hebben de DNA-sequentie geherprogrammeerd zodat deze fungeert als architectonisch materiaal en de peptiden aan elkaar bindt”, aldus Freeman. "Toen dit geprogrammeerde materiaal eenmaal in een druppel water werd geplaatst, kregen de structuren vorm."
Dit ongekende vermogen om DNA te programmeren geeft wetenschappers de mogelijkheid om cellen te creëren die op maat zijn gemaakt voor specifieke doeleinden en zelfs de reactie van deze cellen op externe spanningen te reguleren. Hoewel de synthetische cellen die in het Freeman Lab zijn gemaakt de complexiteit van levende cellen missen, bieden ze een zekere mate van voorspelbaarheid en weerstand tegen barre omstandigheden zoals extreme temperaturen.
In plaats van zich te concentreren op het maken van duurzame materialen, benadrukt Freeman het aanpassingsvermogen van deze cellen: ze zijn ontworpen om bepaalde functies uit te voeren en zich vervolgens aan te passen aan nieuwe taken.
Door verschillende peptide- of DNA-constructen op te nemen, kunnen deze materialen worden aangepast om cellen in weefsels of weefsels te programmeren. Deze veelzijdigheid opent mogelijkheden voor integratie met andere synthetische celtechnologieën, wat een revolutie teweeg kan brengen op gebieden als de biotechnologie en de geneeskunde.
"Dit onderzoek helpt ons te begrijpen waaruit het leven bestaat", zegt Freeman. "Deze synthetische celtechnologie zal ons niet alleen in staat stellen te repliceren wat de natuur doet, maar ook materialen te creëren die superieur zijn aan biologische."
Lees ook: