Tin tức Deeper

Tế bào nhân tạo hoạt động giống như thật

Ngày:
Th12 07, 2019
Tóm lược:

Protocell – các tế bào nhân tạo – là các tế bào sống hoạt động và bắt chước bằng cách di chuyển độc lập và tương thích sinh học và hoạt động enzyme hiện có thể sử dụng một phương pháp cải tiến.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Các túi bắt chước tế bào với các enzyme được tích hợp vào màng của chúng cho thấy sự vận động tích cực khi xúc tác. HÌNH ẢNH: Subhadip Ghosh
Các túi bắt chước tế bào với các enzyme được tích hợp vào màng của chúng cho thấy sự vận động tích cực khi xúc tác. HÌNH ẢNH: Subhadip Ghosh

Protocell – tế bào nhân tạo – là các tế bào sống hoạt động và bắt chước bằng cách di chuyển độc lập và tương thích sinh học và hoạt động enzyme hiện có thể sử dụng một phương pháp cải tiến được phát triển bởi các nhà nghiên cứu của bang Pennsylvania.

Các tế bào sống rất khó phát triển trong phòng thí nghiệm, vì vậy các nhà nghiên cứu đôi khi làm việc với các tế bào tổng hợp nhưng chúng đã có những hạn chế nghiên cứu vì chúng thiếu các đặc điểm tế bào thực sự.

Một trong những thách thức của nghiên cứu tế bào là đôi khi rất khó để thực hiện các thí nghiệm có kiểm soát về khả năng vận động của tế bào, đặc biệt là do hoạt động của enzyme bề mặt. Nhóm nghiên cứu đã phát triển một cách đơn giản để tạo ra một tế bào nhân tạo không làm mọi thứ mà một tế bào thông thường làm như sinh sản, có đột biến gen hoặc bất cứ thứ gì tương tự nhưng nó chủ động di chuyển. Điều đó quan trọng bởi vì cách các tế bào di chuyển kém hiểu biết, đặc biệt là cách hoạt động của các enzyme hoạt động trong sự di chuyển của tế bào.

Các protocell của nhóm được sử dụng để điều tra làm thế nào hoạt động của các enzyme tự nhiên như ATPase có thể thúc đẩy sự di chuyển tích cực của các protocell. Quá trình sinh hóa của enzyme ATPase liên quan đến việc chuyển đổi ATP (adenosine triphosphate) thành sản phẩm ADP (adenosine diphosphate). ATP là một hóa chất hữu cơ phức tạp cung cấp năng lượng cho các tế bào sống và ADP là một hợp chất hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong cách các tế bào giải phóng và lưu trữ năng lượng.

Subhadip Ghosh, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về hóa học cho biết: “Những nỗ lực trong các thí nghiệm tương tự trong thập kỷ vừa qua có các enzyme được kết hợp bên trong các bao tải có kích thước micron gọi là các túi polymer, hoặc buộc trên bề mặt của các hạt cứng. Nhưng những nỗ lực này không có sự tương đồng về mặt sinh học đáng kể như các nguyên mẫu của chúng ta.”

Trong các thí nghiệm của nhóm nghiên cứu, các protocell có màng nhân tạo thực tế bao gồm một loại lipid tự nhiên gọi là phosphatidylcholine. Các enzyme ATPase được tích hợp trực tiếp vào màng.

Kết quả của các nhà khoa học về cơ bản mang đến cho các nhà nghiên cứu khác những bước đầu tiên hướng tới việc tạo ra các tế bào nhân tạo có hoạt tính enzyme.

Một kết quả bất ngờ từ nghiên cứu được công bố trực tuyến vào tháng 8 năm 2019 trước khi xuất bản cuối cùng vào ngày 11 tháng 9 năm 2019 trong một vấn đề về Nano Letters  đã xảy ra trong các thí nghiệm khuếch tán được thực hiện ở một chế độ phân tử duy nhất. Đúng như dự đoán, sự di chuyển của các protocell thấp đối với nồng độ ATP thấp.

Theo các nhà nghiên cứu, điều này phản trực giác như nhấn bàn đạp ga của ô tô và khiến phương tiện chạy chậm lại. Sau khi thực hiện các thí nghiệm kiểm soát toàn diện, các nhà nghiên cứu kết luận rằng khi nồng độ ADP cao, nó có thể liên kết với ATPase và ức chế hoạt động ATP cơ chất, làm giảm khả năng vận động.

Có khả năng chế tạo các protocell hoạt động bằng enzyme mở ra những cơ hội mới. Các nhà nghiên cứu nhằm mục đích tiết lộ các cơ chế cơ bản chi phối các động lực màng hoạt động và sự di chuyển của tế bào. Tạo ra sự hiểu biết hạn chế hiện tại về cách các tế bào di chuyển, bao gồm cả hoạt động của enzyme trong quá trình di chuyển của tế bào. Công việc của họ có thể có ý nghĩa quan trọng đối với nghiên cứu y tế trong tương lai.

Farzad Mohajerani, trợ lý nghiên cứu về kỹ thuật hóa học cho biết: “Một thách thức chính là ước tính các lực cơ học thúc đẩy sự di chuyển của protocell và phát hiện ra những thay đổi trong cấu trúc enzyme trong quá trình đó. Biết rằng mối quan hệ chức năng cấu trúc đối với sự chuyển động của các tế bào nguyên mẫu sẽ cho phép thiết kế của chúng cho các ứng dụng in vivo tiềm năng như cảm biến y tế và phân tích phòng thí nghiệm.”

Cùng với Ghosh, Mohajerani, Velegol và Sen, các nhà nghiên cứu khác của bang Pennsylvania tham gia nghiên cứu bao gồm Peter Butler, phó trưởng khoa giáo dục và chương trình chuyên nghiệp tại Đại học Kỹ thuật và giáo sư kỹ thuật y sinh, và Seoyoung Son, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về y sinh kỹ thuật.

Trung tâm Đổi mới Hóa học của Quỹ Khoa học Quốc gia đã hỗ trợ nghiên cứu này.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi bang Pennsylvania . Bản gốc được viết bởi Jamie Oberdick. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Subhadip Ghosh, Farzad Mohajerani, Seoyoung Son, Darrell Velegol, Peter J. Butler, Ayusman Sen. Motility of Enzyme-Powered Vesicles . Chữ Nano , 2019; 19 (9): 6019 DOI: 10.1021 / acs.nanolett.9b01830

Bài viết liên quan

Bài viết khác