2016-04-05 14:03:07
Επιστήμονες στη Βρετανία δημιούργησαν για πρώτη φορά μαλακούς συνθετικούς ιστούς... που περιέχουν γονίδια και πρωτεΐνες, ενεργοποιούνται μέσω του φωτός και μιμούνται τα νεύρα. Η δημιουργία συνθετικών νεύρων, έστω και σε απλή μορφή, αποτελεί ένα ορόσημο για το συνεχώς αναπτυσσόμενο πεδίο της βιοηλεκτρονικής.
Τέτοιοι ιστοί μελλοντικά μπορεί να συμπληρώσουν ή και να αντικαταστήσουν ζωντανούς νευρικούς ιστούς, σε περιπτώσεις π.χ. όπου λόγω τραυματισμού έχουν καταστραφεί τα νεύρα της σπονδυλικής στήλης. Ο συνθετικός νευρικός ιστός θα μπορούσε να «γεφυρώσει» το κατεστραμμένο τμήμα των πραγματικών νεύρων.
Προς το παρόν πάντως τα συνθετικά κύτταρα επικοινωνούν μόνο μεταξύ τους. Αυτό ακριβώς θα είναι το επόμενο βήμα για τους ερευνητές: να δημιουργήσουν τις κατάλληλες διεπαφές (interfaces) ανάμεσα στους ζωντανούς και στους συνθετικούς νευρικούς ιστούς, ώστε να ανοίξει ο δρόμος για βιονικά εμφυτεύματα, που θα έχουν κλινικές εφαρμογές στις νευροεπιστήμες, στη νευρολογία, στη φαρμακολογία κ.α.
Έτσι, αυτοί οι ιστοί στο μέλλον μπορεί να εξελιχθούν σε βιοσυσκευές, που θα εισάγονται στο σώμα και θα επικοινωνούν με τους φυσικούς ιστούς του σώματος, κάτι που θα επέτρεπε διάφορες ιατρικές και φαρμακευτικές εφαρμογές.
Οι συνθετικοί ιστοί περιέχουν εκατοντάδες συνθετικά κύτταρα που μπορούν να ελεγχθούν με φως, επιτρέποντας στα κύτταρα να παράγουν πρωτεϊνες κατά παραγγελία και, επιπλέον, επικοινωνουν μεταξύ τους όπως οι κανονικοί νευρώνες. Κάθε συνθετικό κύτταρο περιέχει DNA ευαίσθητο στο φως, πράγμα που σημαίνει ότι η δημιουργία (έκφραση) πρωτεϊνών από το κύτταρο είναι ελεγχόμενη, δηλαδή μπορεί να ενεργοποιηθεί ή να απενεργοποιηθεί κατά βούληση.
Οι ερευνητές του Εργαστηρίου Ερευνών Χημείας του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, με επικεφαλής τον Μάικλ Μπουθ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό Science Advances, χρησιμοποίησαν την τεχνική της τρισδιάστατης εκτύπωσης για να παράγουν τα μικροσκοπικά συνθετικά κύτταρα, που έχουν τη μορφή σταγόνας. Κάθε σταγόνα έχει όγκο 50 έως 100 τρισεκατομμυριοστά του λίτρου.
Η εξωτερική πορώδης μεμβράνη των συνθετικών κυττάρων αποτελείται από λιπίδια, ενώ το εσωτερικό τους περιλαμβάνει DNA (γονίδια), πρωτεϊνες και άλλα βιολογικά μόρια μέσα σε ένα υγρό. Κάθε κύτταρο είναι σε θέση να παράγει πάνω από δέκα πρωτεϊνες, όταν «χειραγωγηθέι» με φως. Όταν το φως σταματά, σταματά και η βιολογική δραστηριότητα.
Πάνω από 1.000 τέτοια συνθετικά κύτταρα μπορούν να συνδυασθούν για να δημιουργήσουν έναν μαλακό συνθετικό ιστό μήκους έως μισού χιλιοστού. Μια από τις παραγόμενες πρωτεϊνες (η alpha-HL) επιτρέπει στο ηλεκτρικό ρεύμα να περνά μέσα από τον συνθετικό ιστό, όπως συμβαίνει στην περίπτωση των πραγματικών νευρώνων.
Μέχρι σήμερα οι συνθετικοί βιολόγοι δεν είχαν δημιουργήσει συστήματα, τα οποία να περιέχουν πολλαπλά κύτταρα που να επικοινωνούν μεταξύ τους, ούτε οι πρωτεϊνες στο εσωτερικό αυτών των κυττάρων ήταν δυνατό να ελέγχονται μέσω του φωτός. Όπως έδειξαν όμως τα νέα πειράματα, είναι πλέον δυνατό να μεταφέρονται μικρά πρωτεϊνικά μόρια ανάμεσα σε γειτονικά συνθετικά κύτταρα.
Έτσι, ο νέος και ευαίσθητος στο φως συνθετικός συνθετικός ιστός όχι μόνο αποτελεί ένα μέσο για να ελέγχεται η παραγωγή και η μεταφορά πρωτεϊνών, αλλά επίσης θα μπορούσε -με την κατάλληλη βελτίωση στο μέλλον- να μιμηθεί πολύ καλά την μετάδοση ηλεκτρικών σημάτων, όπως συμβαίνει μεταξύ των βιολογικών νευρικών κυττάρων (νευρώνων). Για να γίνει όμως αυτό, προηγουμένως ο συνθετικός ιστός θα πρέπει να γίνει πιο πολύπλοκος και να μπορεί να παράγει περισσότερες πρωτεϊνες.
Όπως είπε ο Μπουθ, απώτερος στόχος είναι να βρεθεί «ένας τρόπος να ελεγχθεί ο ζωντανός ιστός. Τέτοιοι συνθετικοί ιστοί μπορεί να εξελιχθούν σε ένα βιοϋλικό, που θα μπορούσε να επισκεύασει βλάβες στο νευρικό σύστημα». Tromaktiko
Τέτοιοι ιστοί μελλοντικά μπορεί να συμπληρώσουν ή και να αντικαταστήσουν ζωντανούς νευρικούς ιστούς, σε περιπτώσεις π.χ. όπου λόγω τραυματισμού έχουν καταστραφεί τα νεύρα της σπονδυλικής στήλης. Ο συνθετικός νευρικός ιστός θα μπορούσε να «γεφυρώσει» το κατεστραμμένο τμήμα των πραγματικών νεύρων.
Προς το παρόν πάντως τα συνθετικά κύτταρα επικοινωνούν μόνο μεταξύ τους. Αυτό ακριβώς θα είναι το επόμενο βήμα για τους ερευνητές: να δημιουργήσουν τις κατάλληλες διεπαφές (interfaces) ανάμεσα στους ζωντανούς και στους συνθετικούς νευρικούς ιστούς, ώστε να ανοίξει ο δρόμος για βιονικά εμφυτεύματα, που θα έχουν κλινικές εφαρμογές στις νευροεπιστήμες, στη νευρολογία, στη φαρμακολογία κ.α.
Έτσι, αυτοί οι ιστοί στο μέλλον μπορεί να εξελιχθούν σε βιοσυσκευές, που θα εισάγονται στο σώμα και θα επικοινωνούν με τους φυσικούς ιστούς του σώματος, κάτι που θα επέτρεπε διάφορες ιατρικές και φαρμακευτικές εφαρμογές.
Οι συνθετικοί ιστοί περιέχουν εκατοντάδες συνθετικά κύτταρα που μπορούν να ελεγχθούν με φως, επιτρέποντας στα κύτταρα να παράγουν πρωτεϊνες κατά παραγγελία και, επιπλέον, επικοινωνουν μεταξύ τους όπως οι κανονικοί νευρώνες. Κάθε συνθετικό κύτταρο περιέχει DNA ευαίσθητο στο φως, πράγμα που σημαίνει ότι η δημιουργία (έκφραση) πρωτεϊνών από το κύτταρο είναι ελεγχόμενη, δηλαδή μπορεί να ενεργοποιηθεί ή να απενεργοποιηθεί κατά βούληση.
Οι ερευνητές του Εργαστηρίου Ερευνών Χημείας του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, με επικεφαλής τον Μάικλ Μπουθ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό Science Advances, χρησιμοποίησαν την τεχνική της τρισδιάστατης εκτύπωσης για να παράγουν τα μικροσκοπικά συνθετικά κύτταρα, που έχουν τη μορφή σταγόνας. Κάθε σταγόνα έχει όγκο 50 έως 100 τρισεκατομμυριοστά του λίτρου.
Η εξωτερική πορώδης μεμβράνη των συνθετικών κυττάρων αποτελείται από λιπίδια, ενώ το εσωτερικό τους περιλαμβάνει DNA (γονίδια), πρωτεϊνες και άλλα βιολογικά μόρια μέσα σε ένα υγρό. Κάθε κύτταρο είναι σε θέση να παράγει πάνω από δέκα πρωτεϊνες, όταν «χειραγωγηθέι» με φως. Όταν το φως σταματά, σταματά και η βιολογική δραστηριότητα.
Πάνω από 1.000 τέτοια συνθετικά κύτταρα μπορούν να συνδυασθούν για να δημιουργήσουν έναν μαλακό συνθετικό ιστό μήκους έως μισού χιλιοστού. Μια από τις παραγόμενες πρωτεϊνες (η alpha-HL) επιτρέπει στο ηλεκτρικό ρεύμα να περνά μέσα από τον συνθετικό ιστό, όπως συμβαίνει στην περίπτωση των πραγματικών νευρώνων.
Μέχρι σήμερα οι συνθετικοί βιολόγοι δεν είχαν δημιουργήσει συστήματα, τα οποία να περιέχουν πολλαπλά κύτταρα που να επικοινωνούν μεταξύ τους, ούτε οι πρωτεϊνες στο εσωτερικό αυτών των κυττάρων ήταν δυνατό να ελέγχονται μέσω του φωτός. Όπως έδειξαν όμως τα νέα πειράματα, είναι πλέον δυνατό να μεταφέρονται μικρά πρωτεϊνικά μόρια ανάμεσα σε γειτονικά συνθετικά κύτταρα.
Έτσι, ο νέος και ευαίσθητος στο φως συνθετικός συνθετικός ιστός όχι μόνο αποτελεί ένα μέσο για να ελέγχεται η παραγωγή και η μεταφορά πρωτεϊνών, αλλά επίσης θα μπορούσε -με την κατάλληλη βελτίωση στο μέλλον- να μιμηθεί πολύ καλά την μετάδοση ηλεκτρικών σημάτων, όπως συμβαίνει μεταξύ των βιολογικών νευρικών κυττάρων (νευρώνων). Για να γίνει όμως αυτό, προηγουμένως ο συνθετικός ιστός θα πρέπει να γίνει πιο πολύπλοκος και να μπορεί να παράγει περισσότερες πρωτεϊνες.
Όπως είπε ο Μπουθ, απώτερος στόχος είναι να βρεθεί «ένας τρόπος να ελεγχθεί ο ζωντανός ιστός. Τέτοιοι συνθετικοί ιστοί μπορεί να εξελιχθούν σε ένα βιοϋλικό, που θα μπορούσε να επισκεύασει βλάβες στο νευρικό σύστημα». Tromaktiko
ΜΟΙΡΑΣΤΕΙΤΕ
ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
ΣΧΟΛΙΑΣΤΕ
