Давняя мечта нескольких исследователей и поставщиков медицинских услуг заключалась в создании наноразмерных компьютеров для точной медицинской помощи.

В настоящее время ученые из Пенсильванского университета впервые создали нанокомпьютерный агент, способный регулировать функцию определенного белка, участвующего в метастазировании рака и перемещении клеток. Исследование закладывает основу для создания сложных компьютеров нанометрового масштаба для профилактики и лечения рака и других заболеваний.

Николай Дохолян, профессор Г. Томаса Пассананти, Государственный медицинский колледж Пенсильвании, и его коллеги, в том числе Яшаванта Вишвешварайя, доктор фармакологии, Пенсильванский государственный университет, разработали транзисторный «логический вентиль». Это своего рода вычислительная операция, в которой несколько входов управляют выходом.

Наши логические ворота – это только начало того, что можно назвать сотовыми вычислениями. Но это важная веха, потому что она демонстрирует способность встраивать условные операции в белок и контролировать его функцию. Это позволит нам получить более глубокое понимание биологии человека и болезней и представит возможности для развития точной терапии .

Николай Дохолян, профессор Г. Томаса Пассананти, Медицинский колледж, Пенсильвания

Логический вентиль включает в себя два сенсорных домена, которые были разработаны для ответа на два входа – свет и лекарство рапамицин. Команда нацелена на киназу фокальной адгезии белка (FAK), поскольку она участвует в адгезии и движении клеток, которые считаются начальными этапами развития метастатического рака.

Сначала мы ввели чувствительный к рапамицину домен, названный uniRapr, который лаборатория ранее разработала и изучила в ген, кодирующий FAK. Затем мы ввели домен LOV2 который чувствителен к свету. После того, как мы оптимизировали обе области мы объединили их в один окончательный проект логического элемента .

Яшаванта Вишвешварайя, научный сотрудник по фармакологии, Пенсильванский университет

Модифицированный ген был вставлен в раковые клетки HeLa командой с помощью конфокальной микроскопии, наблюдаемой в клетках in vitro. Они изучили влияние каждого из входов по отдельности, а также комплексное влияние входов на поведение ячеек.

Исследователи обнаружили не только способность быстро запускать FAK с помощью света и рапамицина, но также и то, что эта активация привела к тому, что клетки испытали внутренние изменения, которые улучшили их адгезивные способности. В конце концов, это уменьшило их подвижность.

Их исследование было недавно опубликовано в журнале Nature Communications 16 ноября 2021 года.

Мы впервые показываем, что можем создать функционирующий нанокомпьютерный агент в живых клетках, который может контролировать их поведение . Также были обнаружены некоторые интересные особенности белка FAK, такие как изменения, которые он вызывает в клетках при активации .

Яшаванта Вишвешварайя, научный сотрудник по фармакологии, Пенсильванский университет

Дохолян добавил, что группа намерена в конечном итоге испытать такие нанокомпьютерные агенты in vivo внутри живых организмов.

Среди других авторов из Пенсильванского университета Цзясин Чен, аспирант; Венкат Р. Чирасани, научный сотрудник; и Эрдем Д. Табданов, доцент кафедры фармакологии. Исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения и Фондом Пассана.

Ссылка на журнал:

Вишвешварайя, Ю. Л., и др. . (2021) Белковый логический вентиль с двумя входами для вычислений в живых клетках. Nature Communications . doi.org/10.1038/s41467-021-26937-x.

Источник: https://www.psu.edu/[19459009visible