Nano Ölçekli Bilgisayar Proteinin İşlevini Kontrol Edip Hücre Davranışını Etkiliyor

Hassas sağlık hizmetlerinde kullanılmak üzere nano ölçekli bilgisayarların yaratılması, uzun zamandır birçok bilim insanı ve sağlık hizmeti sağlayıcısının hayaliydi. Şimdi, ilk kez, Penn State'deki araştırmacılar, hücre hareketi ve kanser metastazı ile ilgili belirli bir proteinin işlevini kontrol edebilen bir nanobilgisayar ajanı ürettiler. Araştırma, kanser ve diğer hastalıkların önlenmesi ve tedavisi için karmaşık nano ölçekli bilgisayarların inşasının önünü açıyor.
Penn State Tıp Fakültesi'nden G. Thomas Passananti Profesörü Nikolay Dokholyan ve Penn State farmakoloji alanında doktora sonrası araştırmacı Yashavantha Vishweshwaraiah da dahil olmak üzere meslektaşları, bir tür hesaplama işlemi olan transistör benzeri bir "logic gate" yarattılar.
Dokholyan, “Logic gate, hücresel bilgi işlem olarak adlandırabileceğiniz şeyin sadece başlangıcı, ancak önemli bir kilometre taşı çünkü bir proteine ​​koşullu işlemleri yerleştirme ve işlevini kontrol etme yeteneğini gösteriyor. Ayrıca insan biyolojisi ve hastalığı hakkında daha derin bir anlayış kazanmamıza izin veriyor ve hassas terapötiklerin geliştirilmesi için olanaklar sunuyor.” dedi.
Takımın “logic gate"i, iki girdiye - ışık ve ilaç rapamisin - yanıt vermek üzere tasarlanmış iki sensör alanından oluşuyor. Ekip, metastatik kanserin gelişiminde ilk adımlar olan hücre yapışması ve hareketinde yer aldığı için protein fokal yapışma kinazını (FAK) hedef aldı.
Vishweshwaraiah, “İlk olarak, laboratuvarın daha önce tasarladığı ve üzerinde çalıştığı uniRapr adlı rapamisine duyarlı bir alanı FAK'ı kodlayan gene dahil ettik. Ardından, ışığa duyarlı LOV2 alanını tanıttık. Her iki alanı da optimize ettikten sonra, bunları son bir logic gate tasarımında birleştirdik.” diye süreci anlattı. Ekip, modifiye edilmiş geni HeLa kanser hücrelerine yerleştirdi ve konfokal mikroskopi kullanarak hücreleri in vitro olarak gözlemledi. Girdilerin her birinin etkilerini ayrı ayrı ve girdilerin hücrelerin davranışı üzerindeki birleşik etkilerini incelediler.
Sadece ışık ve rapamisin kullanarak FAK'ı hızla aktive edemeyeceklerini değil, aynı zamanda bu aktivasyonun hücrelerde adeziv kabiliyetlerini artıran ve nihayetinde hareketliliklerini azaltan dahili değişikliklere uğramasını sağladığını keşfettiler.
"Sonuçlar 16 Kasım’da Nature Communications dergisinde yayınlandı."
Vishweshwaraiah, “Canlı hücrelerde hücre davranışını kontrol edebilen, işleyen bir nanobilgisayar ajanı inşa edebileceğimizi ilk kez gösteriyoruz. Ayrıca, aktive edildiğinde hücrelerde tetiklediği değişiklikler gibi FAK proteininin bazı ilginç özelliklerini keşfettik.” diye ekledi.
Dokholyan, ekibin sonunda bu nanobilgisayar ajanlarını canlı organizmalar içinde in vivo test etmeyi umduğunu belirtti.