Forscher der Penn State entwickeln proteinbasierten Nano-Computing-Agenten für zellbasierte Therapien der nächsten Generation

Forschern an der Penn State University ist ein bedeutender Durchbruch bei der Entwicklung zellbasierter Therapien der nächsten Generation gelungen. Sie haben den ersten proteinbasierten Nano-Computing-Agenten entwickelt, der als Schaltkreis funktioniert. Dieser Meilenstein bringt sie der Behandlung von Krankheiten wie Diabetes und Krebs mit zellbasierten Therapien einen Schritt näher.

Ansatz für zellbasierte Therapien

Traditionelle Ansätze der synthetischen Biologie für zellbasierte Therapien basieren auf der Expression oder Unterdrückung von Proteinen, die eine gewünschte Wirkung innerhalb einer Zelle hervorrufen. Allerdings kann dieser Ansatz Zeit in Anspruch nehmen und dabei Zellenergie kosten. Die Forscher von Penn State verfolgten einen anderen Ansatz, indem sie Proteine ​​konstruierten, die direkt eine gewünschte Aktion hervorrufen.

Der Nano-Computing-Agent

In ihrer in Science Advances veröffentlichten Studie beschreiben die Forscher ihren Ansatz zur Entwicklung ihres Nano-Computing-Agenten. Sie konstruierten ein Zielprotein, indem sie zwei Sensordomänen integrierten, die auf Reize reagieren. Das Zielprotein reagiert auf Licht und einen Wirkstoff namens Rapamycin, indem es seine Ausrichtung anpasst.

Experimenteller Proof-of-Concept

Um ihr Design zu testen, führte das Team sein manipuliertes Protein in lebende Zellen in Kultur ein. Indem sie die kultivierten Zellen den Reizen aussetzten, verwendeten sie Geräte, um Veränderungen in der Zellorientierung zu messen, nachdem die Zellen den Reizen der Sensordomänen ausgesetzt waren. Zuvor benötigte ihr Nano-Computing-Agent zwei Eingaben, um eine Ausgabe zu erzeugen. Nun gibt es zwei mögliche Ausgaben, und die Ausgabe hängt davon ab, in welcher Reihenfolge die Eingaben empfangen werden.

Mögliche Ergebnisse

Das Team plant, seine Nano-Computing-Agenten weiterzuentwickeln und mit verschiedenen Anwendungen der Technologie zu experimentieren. Je mehr Eingaben in einen Nano-Computing-Agenten eingebettet sind, desto mehr potenzielle Ergebnisse könnten sich aus verschiedenen Kombinationen ergeben. Mögliche Inputs könnten physikalische oder chemische Reize sein, und Outputs könnten Änderungen im zellulären Verhalten wie Zellrichtung, Migration, Veränderung der Genexpression und Zytotoxizität von Immunzellen gegenüber Krebszellen umfassen.

Zukunft zellbasierter Therapien

Das Konzept der Forscher könnte eines Tages die Grundlage für zellbasierte Therapien der nächsten Generation für verschiedene Krankheiten wie Autoimmunerkrankungen, Virusinfektionen, Diabetes, Nervenverletzungen und Krebs bilden. Das Team plant, seine Nano-Computing-Agenten weiterzuentwickeln und verschiedene Anwendungen der Technologie zu erkunden.

Finanzierung

Diese Arbeit wurde von den National Institutes of Health (Zuschuss 1R35GM134864) und der Passan Foundation finanziert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Forscher der Penn State University einen proteinbasierten Nano-Computing-Agenten entwickelt haben, der als Schaltkreis fungiert, und der sie der Entwicklung zellbasierter Therapien der nächsten Generation zur Behandlung von Krankheiten wie Diabetes und Krebs einen Schritt näher bringt. Die Forscher planen, ihre Nano-Computing-Agenten weiterzuentwickeln und verschiedene Anwendungen der Technologie zu erkunden.