Una nanocomputadora basada en proteínas avanza en el control celular
HERSHEY, Pa. — Investigadores de Penn State crearon el primer agente de nanocomputación basado en proteínas que funciona como un circuito. Este paso los acerca al desarrollo de terapias celulares de próxima generación para tratar enfermedades como la diabetes y el cáncer.
Los enfoques tradicionales de biología sintética para las terapias celulares, como los que destruyen las células cancerosas o promueven la regeneración de tejidos después de una lesión, se basan en la expresión o supresión de proteínas que producen una acción deseada en una célula. Este enfoque puede tomar tiempo (para que las proteínas se expresen y se degraden) y cuesta energía celular en el proceso. Un equipo de Facultad de Medicina de Penn State Y Institutos Huck de Ciencias de la Vida los investigadores adoptan un enfoque diferente.
“Diseñamos proteínas que producen directamente una acción deseada”, dijo Nikolai Dojolian, G. Thomas Passananti Catedrático y Vicepresidente de Investigación del Departamento de Farmacología. «Nuestros dispositivos basados en proteínas o agentes de nanocomputación responden directamente a los estímulos (entradas) y luego producen una acción deseada (salidas)».
En un estudio publicado en Science Advances hoy (26 de mayo), Dokholyan y el estudiante de doctorado en bioinformática y genómica Jiaxing Chen describen su enfoque para crear su agente de nanoinformática. Diseñaron una proteína diana integrando dos dominios sensores, o áreas que responden a estímulos. En este caso, la proteína diana responde a la luz ya un fármaco llamado rapamicina ajustando su orientación o posición en el espacio.
Para probar su diseño, el equipo introdujo su proteína modificada en células vivas en cultivo. Al exponer las células cultivadas a los estímulos, utilizaron equipos para medir los cambios en la orientación de las células después de que las células se expusieran a los estímulos de los dominios sensores.
Anteriormente su un agente de nanocomputación requería dos entradas para producir una salida. Ahora Chen dice que hay dos salidas posibles y que la salida depende del orden en que se reciben las entradas. Si se detecta primero la rapamicina, seguida de la luz, la célula adoptará un ángulo de orientación celular, pero si los estímulos se reciben en orden inverso, la célula adoptará un ángulo de orientación diferente. Chen dice que esta prueba de concepto experimental abre la puerta al desarrollo de agentes de nanocomputación más complejos.
“Teóricamente, cuantas más entradas se pongan en un agente de nanoinformática, más resultados potenciales habrá que podrían resultar de diferentes combinaciones”, dijo Chen. «Las entradas potenciales podrían incluir estímulos físicos o químicos y las salidas podrían incluir cambios en los comportamientos celulares, como la dirección celular, la migración, la expresión genética alterada y la citotoxicidad de las células inmunitarias contra las células cancerosas».
El equipo planea desarrollar aún más sus agentes de nanocomputación y experimentar con diferentes aplicaciones de la tecnología. Dokholyan, un investigador con Instituto del Cáncer de Penn State Y Instituto Estatal de Neurociencias de Penndijo que su concepto algún día podría formar la base de terapias celulares de próxima generación para diversas enfermedades, como enfermedades autoinmunes, infecciones virales, diabetes, daño nervioso y cáncer.
Yashavantha Vishweshwaraiah, ricardo cartero Y Erdem Tabdánov de Penn State College of Medicine también contribuyó a esta investigación. Los autores declaran no tener conflicto de intereses.
Este trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud (subvención 1R35GM134864) y la Fundación Passan.
