Các nhà nghiên cứu từ Đại học Bắc Carolina ở Đồi Chapel đã chế tạo thành công các tế bào nhân tạo có chức năng trong phòng thí nghiệm với DNA được lập trình hoạt động giống như tế bào sống. Phòng thí nghiệm Freeman đã thiết kế các tế bào có bộ khung tế bào chức năng bằng cách sử dụng phương pháp mới bỏ qua các protein xuất hiện tự nhiên.
Ronit Freeman và nhóm của cô đã chứng minh thành công của họ trong việc điều khiển DNA và protein, những khối xây dựng cơ bản của sự sống, để tạo ra các tế bào nhân tạo gần giống với các tế bào được tìm thấy trong cơ thể con người. Theo Freeman, các tế bào tổng hợp ổn định ngay cả ở nhiệt độ 50° C. Điều này mở ra “khả năng tạo ra các tế bào có khả năng phi thường trong môi trường thường không phù hợp với cuộc sống con người”.
Thay vì tạo ra những vật liệu có thể tồn tại lâu dài, Freeman nói, rằng vật liệu của họ được tạo ra cho một nhiệm vụ - thực hiện một chức năng nhất định và sau đó được sửa đổi để thực hiện một chức năng mới. Thành tựu này có triển vọng đáng kể cho sự phát triển của y học tái tạo, phương pháp phân phối thuốc và công nghệ chẩn đoán. Freeman nói: “Nhờ phát hiện này, chúng ta có thể nghĩ đến các loại vải được chế tạo hoặc các loại vải có thể nhạy cảm với những thay đổi của môi trường và hoạt động linh hoạt”.
Các tế bào và mô dựa vào protein để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau và xây dựng các cấu trúc quan trọng. Một cấu trúc như vậy, bộ xương tế bào, đóng vai trò là khung cho tế bào, cho phép nó hoạt động bình thường. Bộ xương tế bào rất quan trọng để duy trì hình dạng tế bào và tạo điều kiện cho phản ứng với môi trường. Nhóm nghiên cứu đã thiết kế các tế bào nhân tạo với các bộ khung tế bào chức năng bằng cách sử dụng một phương pháp mới bỏ qua các protein tự nhiên. Họ đã phát triển một công nghệ tiên tiến gọi là công nghệ DNA peptide được lập trình. Phương pháp này tổ chức sự hợp tác giữa các peptide, khối xây dựng cơ bản của protein và vật liệu di truyền đã được xử lý để xây dựng bộ xương tế bào. Kết quả là, những tế bào được thiết kế này có thể điều chỉnh hình dạng và phản ứng với các tín hiệu môi trường, chứng tỏ tiềm năng vượt trội của sinh học tổng hợp.
“DNA thường không xuất hiện trong bộ xương tế bào. Freeman cho biết: “Chúng tôi đã lập trình lại trình tự DNA để nó hoạt động như một vật liệu kiến trúc, liên kết các peptide lại với nhau”. “Một khi vật liệu được lập trình này được đặt vào một giọt nước, các cấu trúc sẽ hình thành.”
Khả năng lập trình DNA chưa từng có này mang lại cho các nhà khoa học khả năng tạo ra các tế bào phù hợp với các mục đích cụ thể và thậm chí điều chỉnh phản ứng của các tế bào này trước các căng thẳng bên ngoài. Mặc dù các tế bào tổng hợp được tạo ra trong Phòng thí nghiệm Freeman thiếu độ phức tạp của các tế bào sống nhưng chúng có khả năng dự đoán được và có khả năng chống chịu với các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ khắc nghiệt.
Thay vì tập trung vào việc tạo ra những vật liệu bền bỉ, Freeman nhấn mạnh đến khả năng thích ứng của những tế bào này – chúng được thiết kế để thực hiện những chức năng nhất định và sau đó thích ứng với những nhiệm vụ mới.
Bằng cách kết hợp các cấu trúc peptide hoặc DNA khác nhau, những vật liệu này có thể được điều chỉnh để lập trình cho các tế bào trong mô hoặc mô. Tính linh hoạt này mở ra cơ hội tích hợp với các công nghệ tế bào tổng hợp khác, có khả năng cách mạng hóa các lĩnh vực như công nghệ sinh học và y học.
Freeman nói: “Nghiên cứu này giúp chúng tôi hiểu cuộc sống được tạo nên từ đâu. "Công nghệ tế bào tổng hợp này sẽ cho phép chúng ta không chỉ tái tạo những gì tự nhiên làm mà còn tạo ra các vật liệu vượt trội hơn so với vật liệu sinh học."
Đọc thêm: