חיי הנדסה: כימאים יצרו את התאים הסינתטיים הפונקציונליים שמתנהגים כמו תאים אמיתיים

חוקרים משתמשים בשיטות חדשניות ליצירת תאים פונקציונליים, סוגרים את החלוקה בין חומרים סינתטיים וביולוגיים.

במחקר חדש שפורסם ב כימיה של הטבעחוקרת UNC-Chapel Hill, רונית פרימן ועמיתיה מתארים את הצעדים שהם נקטו כדי לתמרן DNA וחלבונים – אבני בניין חיוניות לחיים – ליצירת תאים שנראים ומתנהגים כמו תאים מהגוף. להישג זה, ראשון בתחום, יש השלכות על מאמצים ברפואה רגנרטיבית, מערכות מתן תרופות וכלי אבחון.

"עם הגילוי הזה, אנחנו יכולים לחשוב על בדים או רקמות הנדסיות שיכולים להיות רגישים לשינויים בסביבתם ולהתנהג בדרכים דינמיות", אומר פרימן, שהמעבדה שלו נמצאת במחלקה למדעי הפיזיקה השימושיים של מכללת UNC לאמנויות ומדעים.

תאים ורקמות עשויים מחלבונים שמתחברים יחד לביצוע משימות ויצירת מבנים. חלבונים חיוניים ליצירת המסגרת של תא, הנקראת שלד הציטו. בלעדיו, תאים לא יוכלו לתפקד. שלד הציטוס מאפשר לתאים להיות גמישים, הן בצורתם והן בתגובה לסביבתם.

מבלי להשתמש בחלבונים טבעיים, מעבדת פרימן בנתה תאים עם שלדים פונקציונליים שיכולים לשנות צורה ולהגיב לסביבתם. לשם כך, הם השתמשו בטכנולוגיית פפטיד-DNA חדשה הניתנת לתכנות המכוונת פפטידים, אבני הבניין של חלבונים, וחומרים גנטיים מחודשים לעבוד יחד ליצירת שלד ציטו.

תכנות DNA חדשני

"DNA לא מופיע בדרך כלל בשלד ציטוניים", אומר פרימן. "תכנתנו מחדש רצפים של DNA כך שיפעל כחומר ארכיטקטוני, קושר את הפפטידים יחד. ברגע שהחומר המתוכנת הזה הונח בטיפות מים, המבנים קיבלו צורה".

היכולת לתכנת DNA בצורה זו פירושה שמדענים יכולים ליצור תאים לשרת פונקציות ספציפיות ואפילו לכוונן את תגובת התא לגורמי לחץ חיצוניים. בעוד שתאים חיים מורכבים יותר מאלה הסינתטיים שנוצרו על ידי מעבדת פרימן, הם גם יותר בלתי צפויים ורגישים יותר לסביבות עוינות, כמו טמפרטורות קשות.

"התאים הסינתטיים היו יציבים אפילו ב-122 מעלות פרנהייטפותח את האפשרות לייצר תאים בעלי יכולות יוצאות דופן בסביבות שאינן מתאימות בדרך כלל לחיי אדם", אומר פרימן.

במקום ליצור חומרים שעשויים להחזיק מעמד, פרימן אומר שהחומרים שלהם עשויים למשימה – לבצע פונקציה מסוימת ואז לשנות את עצמם כדי לשרת פונקציה חדשה. היישום שלהם יכול להיות מותאם אישית על ידי הוספת עיצובי פפטיד או DNA שונים לתכנת תאים בחומרים כמו בדים או רקמות. חומרים חדשים אלה יכולים להשתלב עם טכנולוגיות אחרות של תאים סינתטיים, כולם עם יישומים פוטנציאליים שיכולים לחולל מהפכה בתחומים כמו ביוטכנולוגיה ורפואה.

"המחקר הזה עוזר לנו להבין מה עושה חיים", אומר פרימן. "טכנולוגיית התא הסינטטי הזו לא רק תאפשר לנו לשחזר את מה שהטבע עושה, אלא גם לייצר חומרים שעולים על הביולוגיה".