توسعه اندامک‌های مصنوعی مبتنی بر نانوذرات پروتئین هیبریدی

­به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، به نقل از پایگاه خبری فناوری نانو، بخش‌بندی یکی از راهبرد‌های اصلی است که طبیعت به وسیله آن امکان کنترل بسیاری از فرآیند‌های 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 فرآیند‌های 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 دکترای 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 تثبیت کننده به آن‌ها اضافه شده است.

تیمرمنز نشان داد که نانوذرات در زمان‌های طولانی تحت شرایطی که با ذرات داخل سلول قابل مقایسه 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. فرآیند‌های 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 مورد استفاده تیمرمنز از یک هسته خالی تشکیل شده است. او نشان داد که محصور کردن آنزیم‌ها در آن هسته امکان پذیر 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 کپسوله کردن درون اندامک مصنوعی می‌تواند از آنزیم در برابر تخریب سریع توسط به اصطلاح پروتئاز‌ها محافظت کند. اثبات این جنبه از پروژه بسیار چالش برانگیز بود و این پروژه هنوز در حال توسعه 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 درون سلولی، تنظیم این فعالیت توسط سیگنال‌های خاص و تشخیص اندامک‌های درون سلولی است. تیمرمنز با همکاری با رشته‌های مختلف علمی و با به کارگیری پیشرفت‌هایی که با نانوذرات پروتئینی دیگر ایجاد شده است، امیدوار است که بتوان بر این موانع در آینده غلبه کرد.