Nobeli võitja aitas luua sünteetilised rakud, mis võivad viia kunstlike kudedeni

Inimrakud Foto: Shutterstock

Baseli ülikooli teadlaste töörühma on saatnud edu kunstlikke organelle sisaldavate rakkude sünteesimisel. Rakud osutusid ka keskkonnatundlikuks, vahendab Phys.org.

Esimest korda suutsid teadlased matkida ka loomulikku rakkudevahelist kommunikatsiooni, kasutades fotoretseptorite mudelit silmas. See saavutus avab uusi võimalusi nii uuringuteks kui ka meditsiinilisteks rakendusteks.

Teadlasi juhivad Baseli ülikooli professor Cornelia Palivan ja Nobeli keemiaauhinna saanud professor Ben Feringa Groningeni ülikoolist. Nad avaldasid tulemused ajakirjas Advanced Materials.

Elusolendite elutegevus tugineb kommunikatsioonile: bakteritest mitmerakuliste organismideni toetuvad elusolendid rakkude võimele saata, vastu võtta ja töödelda signaale. Palivan ja tema kolleegid uurivad polümeeridest valmistatud pisikesi konteinereid, millesse saab nii-öelda laadida spetsiifilisi molekule.

Praeguses projektis liikus töörühm sammu edasi. «Konstrueerisime rakusuuruseid mikrokonteinereid, mis on täidetud spetsialiseeritud nanokonteineritega,» selgitab Palivan. See võimaldab teadlastel simuleerida rakuorganelle ja luua lihtsaid sünteetilisi rakke ehk protorakke.

Teadlased kirjeldavad polümeeridest, biomolekulidest ja muudest nanokomponentidest valmistatud protorakkude süsteemi, mis on modelleeritud võrkkesta signaaliülekande põhjal. Süsteem koosneb valgustundlikest saatjarakkudest ja vastuvõtjateks olevatest protorakkudest.

Saatjarakkudes asuvad nanokonteinerid ehk kunstlikud organellid, mille membraanides on valgusele tundlikud molekulid. Valgusimpulss käivitab kommunikatsiooni: valguse jõudmisel avanevad valgusmolekulidega nanokonteinerid, vabastades aine A, mis liigub saatjaraku sees ja jõuab läbi polümeerist kesta pooride vastuvõtjarakku.

Vastuvõtjarakud, mis sisaldavad ensüümi, töötlevad aine A fluorestsentsignaaliks. Saadud helendus kinnitab teadlastele, et signaaliedastus on õnnestunud.

Sarnasel põhimõttel nagu võrkkesta fotoretseptorites mängivad kaltsiumioonid olulist rolli signaalide edastuse summutamisel, et kohandada silma eredate valgusoludega. Teadlased kujundasid vastuvõtjate kunstlikud organellid nii, et need reageerivad kaltsiumioonidele ja summutavad aine A muundumise fluorestsentsignaaliks.

Alus sünteetilistele kudedele

«Välise valgusimpulsi abil õnnestus meil käivitada organellipõhine signaalikaskaad ja modifitseerida seda kaltsiumioonidega,» ütleb Palivan.

Teadlaste arendus loob eeldused keerukamate elusrakkude kommunikatsioonivõrkude sünteetiliseks jäljendamiseks ja nende paremaks mõistmiseks. Samuti võib see viia sünteetiliste ja looduslike rakkude kommunikatsioonivõrkude loomiseni ning nendevaheliste liideste arendamiseni.

Pikas perspektiivis võib see sillutada teed terapeutilisteks rakendusteks haiguste ravis või sünteetiliste rakkudega kudede arendamiseks.