کامپیوتری نانومقیاس که با کنترل عملکرد پروتئین بر رفتار سلولی تأثیر می‌گذارد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، ساخت کامپیوتر‌های نانومقیاس برای استفاده در حوزه مراقبت‌های بهداشتی دقیق از دیرباز رویای بسیاری از دانشمندان بوده است. به تازگی محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا یک عامل نانومحاسباتی جدید تولید کرده‌اند که می‌تواند عملکرد پروتئین خاصی را که در حرکت سلولی و متاستاز سرطان نقش دارد، کنترل کند. این تحقیق راه را برای ساخت کامپیوتر‌های پیچیده در مقیاس نانو برای پیشگیری و درمان سرطان و سایر بیماری‌ها هموار می‌کند.

نیکولای دوخولیان و جی. توماس پاسانانتی از کالج پزشکی دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، یک “دروازه منطقی” ترانزیستور مانند ساختند که عامل نوعی عملیات محاسباتی است که در آن چندین ورودی یک خروجی را کنترل می‌کند.

نیکولای دوخولیان گفت: «دروازه منطقی ما فقط آغاز چیزی است که شما می‌توانید آن را محاسبات سلولی بنامید، اما این یافته یک نقطه عطف بسیار مهم هستند، زیرا توانایی تعبیه عملیات شرطی در یک پروتئین و کنترل عملکرد آن را نشان می‌دهد. این کار به ما اجازه می‌دهد تا درک عمیق‌تری از زیست‌شناسی و بیماری انسان به دست آوریم و امکاناتی را برای توسعه درمان‌های دقیق معرفی کنیم.»

این دروازه منطقی شامل دو حسگر بود که برای پاسخ به دو ورودی، یعنی نور و داروی راپامایسین طراحی شده بودند. این تیم پروتئین کیناز چسبناک کانونی (FAK) را هدف قرار دادند، زیرا در چسبندگی و حرکت سلولی که گام‌های اولیه در ایجاد سرطان متاستاتیک هستند، نقش دارد.

ویشوشواریا از محققان این پروژه می‌گوید: «ابتدا یک دامنه حساس به راپامایسین به نام uniRapr که آزمایشگاه قبلاً آن را طراحی و مطالعه کرده بود را در ژن رمزکننده FAK قرار دادیم. در مرحله بعد، دامنه LOV ۲ را به آن اضافه کردیم که به نور حساس است. هنگامی‌که هر دو دامنه بهینه‌سازی شد، آن‌ها را در طراحی دروازه منطقی نهایی ترکیب کردیم.»

این تیم ژن اصلاح شده را در سلول‌های سرطانی HeLa وارد کردند و با استفاده از میکروسکوپ کانفوکال، سلول‌ها را در شرایط آزمایشگاهی مشاهده کردند. آن‌ها اثرات هر یک از ورودی‌ها را به‌طور جداگانه و همچنین اثرات ترکیبی ورودی‌ها را بر رفتار سلول‌ها مورد مطالعه قرار دادند.

پژوهشگران دریافتند که نه تنها می‌توانند به سرعت FAK را با استفاده از نور و راپامایسین فعال کنند، بلکه این فعال‌سازی منجر به تغییرات درونی سلول‌ها می‌شود که قابلیت‌های چسبندگی آن‌ها را افزایش می‌دهد و در نهایت تحرک آن‌ها را کاهش می‌دهد. نتایج این پروژه در نشریه Nature Communications منتشر شد.

ویشوشواریا در ادامه می‌گوید: «ما برای اولین‌بار نشان دادیم که می‌توانیم یک عامل نانومحاسباتی کارآمد در سلول‌های زنده بسازیم که می‌تواند رفتار سلول را کنترل کند. ما همچنین برخی از ویژگی‌های جالب پروتئین FAK را کشف کردیم، مانند تغییراتی که در سلول‌ها هنگام فعال شدن ایجاد می‌کند.»

دخولیان خاطرنشان کرد که این تیم امیدوار است در نهایت این عوامل نانومحاسباتی را در داخل بدن در موجودات زنده آزمایش کند. سایر محققان این پروژه جیاکسینگ چن، دانشجوی کارشناسی ارشد، ونکات ر. چیراسانی، دانشجوی پسادکتری و اردم تابدانوف، استادیار فارماکولوژی هستند.