211service.com
Šūna mikroshēmā
Zāles heparīnu plaši izmanto, lai novērstu asins recēšanu medicīniskās procedūrās, sākot no dialīzes līdz atvērtas sirds operācijām. Ar 6 miljardu ASV dolāru tirgu tā ir viena no mūsdienās visbiežāk lietotajām zālēm slimnīcās. Taču tā plašā izmantošana apšauba tā neapstrādāto izcelsmi: vairāk nekā 90 gadus pēc tā atklāšanas heparīnu joprojām ražo no cūku zarnām. Taču jauna mikrofluidikas mikroshēma, kas atdarina viena no visnoslēpumainākajiem šūnas orgāniem, var palīdzēt to mainīt. Pētnieki Rensselaer Politehniskajā institūtā Trojā, NY, ir izveidojuši pirmo mākslīgo šūnu organellu un izmanto to, lai labāk izprastu, kā cilvēka ķermenis ražo heparīnu.
Viltus šūna: Šī mikrofluidikas mikroshēma var atkārtot vienas no eikariotu šūnas vissvarīgākajām, bet vismazāk saprotamajām organellām - Golgi aparāta - darbību. Pētnieki cer, ka tas var palīdzēt viņiem saprast, kā izveidot svarīgu zāļu, piemēram, heparīna, sintētiskas versijas.
Zinātnieki ir strādājuši, lai izveidotu zāļu sintētisko versiju, jo pašreizējā ražošanas metode atstāj to jutīgu pret piesārņojumu – 2008. gadā šāds incidents izraisīja daudzu cilvēku nāvi. Bet zāles ir izrādījušies neticami grūti izveidot laboratorijā.
Liela daļa heparīna ražošanas noslēpuma izriet no tā dabiskās sintēzes vietas: šūnu organelles, ko sauc par Golgi aparātu, kas apstrādā un iepako olbaltumvielas transportēšanai no šūnas, dekorējot olbaltumvielas ar cukuriem, veidojot glikoproteīnus. Tas, kā tieši tas tiek darīts, ir izvairījies no zinātnieku paaudzēm. Golgi tika atklāts pirms vairāk nekā 100 gadiem, bet tas, kas notiek tajā, joprojām ir melnā kaste, saka Roberts Linhards , Rensselaer biotehnologs, kurš gandrīz 30 gadus strādā ar heparīnu un ir jaunā pētījuma galvenais autors. Olbaltumvielas iet iekšā, glikoproteīni nāk ārā. Mēs zinām fermentus, kas ir iesaistīti tagad, bet mēs īsti nezinām, kā tie tiek kontrolēti.
Lai labāk saprastu, kas notiek Golgi iekšienē, Linhards un viņa kolēģi nolēma izveidot savu versiju. Rezultāts: pirmā zināmā mākslīgā šūnu organelle, neliela mikrofluidikas mikroshēma, kas atdarina dažas Golgi darbības. Digitālā ierīce ļauj pētniekiem kontrolēt viena mikroskopiskā piliena kustību, vienlaikus pievienojot fermentus un cukurus, sadalot pilienus un lēnām veidojot molekulu ķēdi, piemēram, heparīnu. Mēs būtībā varam kontrolēt procesu, tāpat kā Golgi kontrolē procesu, saka Linhards. Es domāju, ka mums ir patiesi mākslīga Golgi versija. Mēs faktiski varētu izveidot kaut ko, kas darbojas kā organelle, un kontrolēt to. Nākamais solis ir sarežģītāku reakciju kombinācijas.
Cilvēkiem ir bijušas sīkas instrumentu kopas šo svarīgo ogļhidrātu iegūšanai, taču viena lieta, kas jums varētu būt jādara, ir mēģināt līdzināties dabai vai vismaz noskaidrot, kā tā darbojas, saka. Pols Deandželiss , bioķīmiķis un molekulārais biologs Oklahomas Universitātē, kurš nebija iesaistīts pētījumā. Miniaturizācija, ko viņi veic — mazi šķidruma drošinātāju burbuļi un dažādi nodalījumi ar dažādiem katalizatoriem dažādos apstākļos — tā darbojas jūsu ķermenis un Golgi aparāts. Tas ir jauks modelis.
Pašlaik pētnieki zina, kā izskatās heparīns un kādi enzīmi ir nepieciešami, lai to ražotu, taču viņi to nezina. kā tas ir izgatavots. Tas ir tāpat, kā jums ir visi mājas celtniecībai nepieciešamie materiāli un instrumenti un zināt, kā izskatās galīgā māja, un pēc tam kāds saka: 'Labi, ejiet būvēt māju,' saka Linhards. Mums ir vajadzīgs projekts. Mums jāzina, kā šie instrumenti darbojas kopā, kā māja tiek samontēta. Viņš salīdzina mikrofluidikas mikroshēmu ar māju celtniecības spoli, kas stāsta, kā āmurēt naglas, kā zāģēt, kā salikt statņus, kā ielikt sienas. Pārbaudot reaģentus dažādos daudzumos ar atšķirīgu reakcijas laiku, mākslīgais Golgi var iemācīt viņiem laboratorijas apstākļos sintezēt heparīnu un citas molekulas.
Tā ir inženierzinātņu un bioloģijas saplūšana, saka Džefrijs Esko, Kalifornijas Universitātes Sandjego gliobiologs. To var izdarīt mēģenēs, bet mikroshēma nodrošina veidu, kā automatizēt procesu mikromērogā. Mikroshēma arī ļauj precīzi kontrolēt katru atsevišķu mijiedarbību un nelielā mērogā.
Izmantojot viņu mikroshēmu un ievērojamo finansējumu no Nacionālajiem veselības institūtiem, Linhards uzskata, ka nākamajos piecos gados viņiem vajadzētu spēt ieviest bioinženierijas heparīnu klīniskajos pētījumos.