توسعه اندامک‌های مصنوعی مبتنی بر نانوذرات پروتئین هیبریدی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما: بخش‌بندی یکی از راهبرد‌های اصلی است که طبیعت به‌وسیله آن امکان کنترل بسیاری از فرایند‌های زیستی را فراهم می‌کند. برای عملکرد مناسب سلول‌های زنده، اندامک‌ها، بخش‌های کوچک درون سلول ضروری هستند. محققان در حال کار بر روی روش‌هایی برای ساخت اندامک‌های مصنوعی هستند که عملکرد‌های جدیدی به سلول‌ها اضافه می‌کنند یا فرایند‌های ناکارآمد را در سلول‌ها برای مقاصد درمانی نظیر بیماری‌های متابولیکی اصلاح می‌کنند.

این کار را می‌توان با استفاده از اجزای مصنوعی برای تولید اندامک‌های مصنوعی در خارج از سلول یا با استفاده از اجزای ساخته شده در سلول انجام داد. این رویکرد دوم را سوزان تیمرمنز برای دکترای خود با استفاده از نانوذرات پروتئینی بررسی کرد.

برای پروژه دکترا، او در تحقیقات خود، از نانوذرات پروتئینی برای توسعه اندامک‌های مصنوعی استفاده کرد که می‌توانند کار‌های جدیدی را در سلول انجام دهند. این ذرات میکروسکوپی از کپسید‌های ویروسی (پوسته پروتئینی ویروس‌ها) تشکیل شده‌اند که یک دامنه پروتئینی تثبیت‌کننده به آن‌ها اضافه شده است.

تیمرمنز نشان داد که نانوذرات در زمان‌های طولانی تحت شرایطی که با ذرات داخل سلول قابل‌مقایسه است پایدار هستند. این برای عملکرد صحیح یک اندامک مصنوعی بسیار مهم است، زیرا اگر نانوذرات در داخل سلول متلاشی شود و عملکرد خود را از دست بدهد، برای سلول بسیار مخرب خواهد بود. فرایند‌های طبیعی در سلول اغلب چنین رفتار پاسخگویی را نشان می‌دهند، بنابراین تقلید از آن بسیار مهم است. برای داشتن یک عملکرد خاص در سلول، اندامک مصنوعی باید دارای یک جزء فعال باشد. آنزیم‌ها کاندیدای عالی هستند، زیرا این کاتالیزور‌های پروتئینی می‌توانند توسط سلول‌ها تولید شوند. آن‌ها به طور طبیعی در داخل سلول‌ها فعال هستند و بسیاری از آنزیم‌ها با انواع عملکرد‌ها شناخته شده‌اند. نانوذرات پروتئینی مورداستفاده تیمرمنز از یک هسته خالی تشکیل شده است. او نشان داد که محصور کردن آنزیم‌ها در آن هسته امکان‌پذیر است. این کار هم در خارج از سلول‌ها و هم در داخل سلول‌های زنده انجام شد. به طور خاص، یافته اخیر برای توسعه یک اندامک مصنوعی بسیار امیدوارکننده است. در نهایت، تیمرمنز ارزیابی کرد که آیا اندامک‌های مصنوعی تأثیر مفیدی روی سلول‌ها و داخل آن‌ها دارند یا خیر. ابتدا، او از فعالیت آنزیم‌های محصور شده برای تولید ترکیبی استفاده کرد که می‌تواند توسط سلول برای تولید پروتئین خاصی استفاده شود. در مرحله بعد، او ارزیابی کرد که آیا کپسوله‌کردن درون اندامک مصنوعی می‌تواند از آنزیم در برابر تخریب سریع توسط به‌اصطلاح پروتئاز‌ها محافظت کند. اثبات این جنبه از پروژه بسیار چالش‌برانگیز بود و این پروژه هنوز درحال‌توسعه است.

در مجموع، تحقیقات تیمرمنز دانش پیشرفته‌ای در مورد توسعه اندامک‌های مصنوعی که در داخل سلول‌ها تولید می‌شوند، دارد. چالش‌های مهمی که هنوز باید بر آن‌ها غلبه کرد، تحقق فعالیت اندامک‌های مصنوعی درون‌سلولی، تنظیم این فعالیت توسط سیگنال‌های خاص و تشخیص اندامک‌های درون‌سلولی است. تیمرمنز با همکاری با رشته‌های مختلف علمی و با به‌کارگیری پیشرفت‌هایی که با نانوذرات پروتئینی دیگر ایجاد شده است، امیدوار است که بتوان بر این موانع در آینده غلبه کرد.