In un nuovo studio pubblicato su Nature Chemistry , Ronit Freeman, ricercatrice dell'UNC-Chapel Hill, e i suoi colleghi descrivono i passaggi che hanno intrapreso per manipolare il DNA e le proteine, elementi costitutivi essenziali della vita, per creare cellule che sembrano e si comportano come cellule del corpo. Questo risultato, il primo nel campo, ha implicazioni per gli sforzi nella medicina rigenerativa, nei sistemi di somministrazione dei farmaci e negli strumenti diagnostici.

"Con questa scoperta, possiamo pensare a tessuti ingegneristici o tessuti che possono essere sensibili ai cambiamenti nel loro ambiente e comportarsi in modo dinamico", afferma Freeman, il cui laboratorio si trova nel Dipartimento di Scienze Fisiche Applicate dell'UNC College of Arts and Sciences.

Cellule e tessuti sono costituiti da proteine ​​che si uniscono per svolgere compiti e creare strutture. Le proteine ​​sono essenziali per formare la struttura di una cellula, chiamata citoscheletro. Senza di esso, le cellule non sarebbero in grado di funzionare. Il citoscheletro consente alle cellule di essere flessibili, sia nella forma che nella risposta al loro ambiente.

Senza utilizzare proteine ​​naturali, il Freeman Lab ha costruito cellule con citoscheletri funzionali che possono cambiare forma e reagire all'ambiente circostante. Per fare ciò, hanno utilizzato una nuova tecnologia di DNA peptidico programmabile che fa sì che i peptidi, gli elementi costitutivi delle proteine, e il materiale genetico riproposto lavorino insieme per formare un citoscheletro.

"Il DNA normalmente non appare nel citoscheletro", dice Freeman. "Abbiamo riprogrammato sequenze di DNA in modo che agiscano come materiale architettonico, legando insieme i peptidi. Una volta che questo materiale programmato è stato posto in una goccia d'acqua, le strutture hanno preso forma."

La capacità di programmare il DNA in questo modo significa che gli scienziati possono creare cellule per svolgere funzioni specifiche e persino mettere a punto la risposta di una cellula a fattori di stress esterni. Sebbene le cellule viventi siano più complesse di quelle sintetiche create dal Freeman Lab, sono anche più imprevedibili e più suscettibili agli ambienti ostili, come le temperature rigide.

"Le celle sintetiche erano stabili anche a 122 gradi Fahrenheit, aprendo la possibilità di produrre celle con capacità straordinarie in ambienti normalmente inadatti alla vita umana", afferma Freeman.

Invece di creare materiali fatti per durare, Freeman dice che i loro materiali sono fatti per svolgere una funzione specifica e poi modificarsi per svolgere una nuova funzione. La loro applicazione può essere personalizzata aggiungendo diversi modelli di peptidi o DNA per programmare le cellule in materiali come tessuti o tessuti. Questi nuovi materiali possono integrarsi con altre tecnologie cellulari sintetiche, tutte con potenziali applicazioni che potrebbero rivoluzionare campi come la biotecnologia e la medicina.

"Questa ricerca ci aiuta a capire cosa rende la vita", afferma Freeman. "Questa tecnologia delle cellule sintetiche non solo ci consentirà di riprodurre ciò che fa la natura, ma anche di creare materiali che superano la biologia."

Ulteriori informazioni: Margaret L. Daly et al, I citoscheletri Designer peptide–DNA regolano la funzione delle cellule sintetiche, Nature Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01509-w

Informazioni sul giornale: Chimica della Natura

Fornito dall'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill