نجح باحثون من جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل في بناء خلايا اصطناعية وظيفية في المختبر باستخدام الحمض النووي المبرمج الذي يتصرف مثل الخلايا الحية. قام مختبر فريمان بتصميم خلايا ذات هياكل خلوية وظيفية باستخدام نهج جديد يتجاوز البروتينات الموجودة بشكل طبيعي.
أثبتت رونيت فريمان وفريقها نجاحهم في معالجة الحمض النووي والبروتينات، وهي اللبنات الأساسية للحياة، لإنشاء خلايا اصطناعية تشبه إلى حد كبير تلك الموجودة في جسم الإنسان. وبحسب فريمان، فإن الخلايا الاصطناعية كانت مستقرة حتى عند درجة حرارة 50 درجة مئوية. وهذا يفتح "إمكانية إنتاج خلايا ذات قدرات غير عادية في بيئات غير مناسبة عادة لحياة الإنسان".
بدلاً من إنشاء مواد تدوم يا فريمان يقولأن موادهم يتم إنشاؤها لمهمة ما - تؤدي وظيفة معينة، ثم يتم تعديلها لأداء وظيفة جديدة. يحمل هذا الإنجاز آفاقًا كبيرة لتطوير الطب التجديدي وطرق توصيل الأدوية وتقنيات التشخيص. يقول فريمان: "بفضل هذا الاكتشاف، يمكننا التفكير في الأقمشة الهندسية أو الأقمشة التي يمكن أن تكون حساسة للتغيرات في البيئة وتتصرف بشكل ديناميكي".
تعتمد الخلايا والأنسجة على البروتينات لأداء مهام مختلفة وبناء الهياكل الحيوية. أحد هذه الهياكل، الهيكل الخلوي، يعمل كإطار للخلية، مما يسمح لها بالعمل بشكل صحيح. يعد الهيكل الخلوي أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على شكل الخلية وتسهيل الاستجابات للبيئة. قام الفريق بتصميم خلايا اصطناعية ذات هياكل خلوية وظيفية باستخدام نهج جديد يتجاوز البروتينات الطبيعية. لقد طوروا تقنية متقدمة تسمى تقنية DNA الببتيد المبرمجة. تنظم هذه الطريقة التعاون بين الببتيدات، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات، والمواد الوراثية المعالجة لبناء الهيكل الخلوي. ونتيجة لذلك، يمكن لهذه الخلايا المهندسة أن تتكيف مع شكلها وتستجيب للإشارات البيئية، مما يدل على الإمكانات الرائعة للبيولوجيا التخليقية.
"لا يظهر الحمض النووي عادة في الهيكل الخلوي. وقال فريمان: "لقد قمنا بإعادة برمجة تسلسل الحمض النووي بحيث يعمل كمادة معمارية، حيث يربط الببتيدات معًا". "بمجرد وضع هذه المادة المبرمجة في قطرة ماء، تتشكل الهياكل."
هذه القدرة غير المسبوقة على برمجة الحمض النووي تمنح العلماء القدرة على إنشاء خلايا مصممة لأغراض محددة وحتى تنظيم استجابة هذه الخلايا للضغوط الخارجية. على الرغم من أن الخلايا الاصطناعية التي تم إنشاؤها في مختبر فريمان تفتقر إلى تعقيد الخلايا الحية، إلا أنها توفر مستوى من القدرة على التنبؤ ومقاومة الظروف القاسية مثل درجات الحرارة القصوى.
بدلاً من التركيز على إنشاء مواد متينة، يؤكد فريمان على قدرة هذه الخلايا على التكيف، فهي مصممة لأداء وظائف معينة ثم التكيف مع المهام الجديدة.
ومن خلال دمج تركيبات الببتيد أو الحمض النووي المختلفة، يمكن تصميم هذه المواد لبرمجة الخلايا في الأنسجة أو الأنسجة. ويفتح هذا التنوع فرصًا للتكامل مع تقنيات الخلايا الاصطناعية الأخرى، مما قد يحدث ثورة في مجالات مثل التكنولوجيا الحيوية والطب.
يقول فريمان: "يساعدنا هذا البحث على فهم مكونات الحياة". "إن تكنولوجيا الخلايا الاصطناعية هذه لن تسمح لنا بتكرار ما تفعله الطبيعة فحسب، بل ستسمح لنا أيضًا بإنشاء مواد متفوقة على المواد البيولوجية."
اقرأ أيضا: