پزشکی بازساختی و سلول‌های بنیادی

محققان با بهره‌گیری از پیشرفت‌های شگرف که در فناوری‌هایی که DNA را دستکاری می‌کنند، مانند CRISPR توانسته‌اند ساختارهای نانومقیاس مختلفی را با دقت باورنکردنی برای عملکردهای مختلف ایجاد کنند. این می تواند پزشکی را آنطور که ما می شناسیم کاملاً تغییر دهد. تصور کنید که اثرات جانبی مضر داروها، مانند شیمی درمانی، توسط روبات های حامل دارو که به طور خاص تومورها را هدف قرار می دهند، کاهش می یابد.

گروهی از دانشمندان به سرپرستی محققان دانشگاه هونان می گویند در حالی که هر روز پیشرفت های هیجان انگیزی در حال انجام است، چیزی که هنوز گم شده است، یک ربات مولکولی است که قادر است مستقیماً سیستم های زنده را دستکاری کند. مثلا یک سلول.

ژو نی، استاد کالج شیمی و مهندسی شیمی دانشگاه هونان گفت: ایده ما الهام گرفته از سخنرانی معروف «در پایین اتاق زیاد است» بود که توسط برنده جایزه نوبل ریچارد فاینمن در سال 1959 ارائه شد. او در این سخنرانی یک ربات کوچک را تصور کرد که می تواند در سطح مولکولی ساخته شود و به طور مصنوعی با سلول ها ارتباط برقرار کند تا عملکرد سلولی را دقیقاً تعدیل کند.

Nie اضافه کرد، بنابراین آنها یک ربات مبتنی بر DNA ساختند که می تواند به طور مستقل بر روی سطح سلول ها راه برود و به مهاجرت سلولی مانند یک راننده کمک کند.

سلول‌ها به‌عنوان خود ماشین‌های مولکولی، محرک‌های خارجی را حس می‌کنند و به آنها پاسخ می‌دهند و عملکردهای خاصی مانند مهاجرت، تکثیر و مرگ برنامه‌ریزی شده سلولی را انجام می‌دهند. نویسندگان در مطالعه خود نوشتند: «توسعه ربات‌هایی برای دستکاری سلولی، درک ما را از مکانیسم‌های تنظیمی عملکردهای سلولی خاص را بهبود می‌بخشد و به پیشرفت درمان‌های مبتنی بر سلول در پزشکی بازساختی یا ایمونوتراپی سرطان کمک می‌کند».

نتیجه این ایده یک واکر DNA تک پا است که از دو ماژول تشکیل شده است: یک پا و واحد نیرو به نام DNAzyme. هونگ هوی وانگ، استاد دانشگاه هونان و مشارکت‌کننده در این مطالعه، توضیح داد: «هر یک از این ماژول‌ها از نوکلئوتیدهای درون یک رشته DNA ساخته شده‌اند. برخلاف سایر واکرهای DNA معمولی که در مسیرهای صلب حرکت می کنند، ربات های DNA در مطالعه کنونی برای حرکت بر روی یک غشای سلولی سیال طراحی شده اند.

برای حرکت در اطراف، ربات DNA به دنبال جای پا یا گیرنده های انتخابی غشای سلولی است. حرکت توسط یک واکنش برش کاتالیز شده توسط DNA آغاز می شود، که در حضور یک عامل کمکی مانند یک یون یا اسید آمینه خاص رخ می دهد. وانگ می‌گوید: «این منجر به رها شدن پای ربات و قرار گرفتن در معرض یک ناحیه پا برای شروع مهاجرت ربات به جای پای بعدی می‌شود». این از طریق یک واکنش جابجایی اتفاق می‌افتد که حرکت خودکششی را تحریک می‌کند.

‌این حرکت گام به گام بین پایه ها به عنوان سیگنالی عمل می کند که سلول می خواند و از آن برای شروع یک کار معین استفاده می کند، به عنوان مثال، فعال سازی سلول های ایمنی با واسطه گیرنده سلول T. از آنجایی که این به یک نشانه مولکولی از پیش تعریف شده وابسته است، این تیم درجه بالایی از کنترل بر رفتار سلولی را پیش بینی می کند.

برای مثال، با هدف قرار دادن گیرنده‌های فاکتور رشد بر روی سلول‌های پیش‌ساز بافت، ربات‌های DNA می‌توانند به شیب مولکول‌های زیستی آزاد شده توسط سلول‌های آسیب‌دیده پاسخ دهند و به سلول‌های پیش‌ساز دستور دهند تا به منطقه مناسب مهاجرت کنند تا وظایف بازسازی بافت، مانند تکثیر بیشتر را انجام دهند.

این تیم قصد دارد به بررسی قابلیت‌های این فناوری جدید ادامه دهد و هدف آن بهینه‌سازی فعالیت کاتالیزوری DNAzyme برای افزایش سرعت راه رفتن ربات به منظور کوتاه‌تر کردن زمان لازم برای القای پاسخ سلولی و طراحی مکانیسم‌های کنترلی پیچیده‌تر است.

وانگ گفت: «ما کاربرد گسترده ربات‌های DNA خود را برای تنظیم دقیق رفتارهای سلولی در نظر می‌گیریم و آنها را برای درمان مبتنی بر سلول و پزشکی احیاکننده بسیار مطلوب می‌کنیم.»

Ref: https://www.advancedsciencenews.com/a-dna-robot-that-walks-on-the-surface-of-cells/