Новые дизайнерские клетки могут улучшить лечение болезней

Ученые из Имперского колледжа Лондона разработали способ создания искусственных клеток, которые имитируют поведение биологических клеток в ответ на изменения окружающей среды. Это может иметь важные последствия для понимания биологии, лечения заболеваний и доставки лекарств.

Создание таких клеточных архитектур было одной из главных целей синтетической биологии, поскольку позволило бы создавать дизайнерские клетки с заданными функциями, которые легче контролировать и предсказывать, чем биологические.

Исследование опубликовано в ACS Nano.

Фундаментальные биологические особенности

Фундаментальная особенность биологических клеток — компартментализация, которая может меняться в ответ на внешние стимулы. Например, иммунные клетки при обнаружении вируса выделяют субкомпартменты, сигнализирующие другим клеткам об уничтожении патогена.

Предыдущие попытки воспроизвести эту динамическую особенность приводили лишь к статичной компартментализации, что ограничивало потенциал синтетических клеток.

Теперь команда синтетических биологов разработала метод имитации динамических особенностей естественных субкомпартментов в искусственных клетках, которые могут существовать как внутри клетки, так и на её поверхности.

Это открывает путь к разработкам в лечении болезней и целевой доставке лекарств.

Сложные клетки

Команда использовала подход «сборки снизу вверх» для создания искусственных клеток с субкомпартментами, которые реагируют на химические стимулы в окружающей среде, изменяя свою внутреннюю организацию.

Их можно запрограммировать на отделение от поверхности клетки в ответ на химические сигналы или на переход в диспергированное состояние внутри клетки после механических триггеров. Эти структурные перестройки обратимы и не требуют сложного биологического аппарата.

Доктор Юваль Элани, руководитель исследования: «Биологические клетки высокодинамичны и отзывчивы, поэтому они так сложны. Они постоянно меняют расположение материалов внутри в ответ на окружающую среду. Заимствование этого принципа у биологии и внедрение его в синтетические системы имеет большой потенциал в биотехнологиях и терапии».

Следующие шаги

Понимание того, как создавать динамические субкомпартменты внутри клеток, — это первый шаг к использованию этой технологии. Теперь исследователям нужно сосредоточиться на повышении её биологической и технологической значимости, например, создав такие синтетические клетки для доставки лекарств, инкапсулированных в субкомпартменты.

Ведущий автор Грета Зубайте: «Если у цели, например опухоли, микроокружение отличается от здоровых клеток, искусственные клетки могут это почувствовать и использовать как сигнал для высвобождения субкомпартментов с лекарством. Это открывает путь к неинвазивному лечению заболеваний непосредственно в нужном месте».