תאר לעצמך להיות באירוע מרקיז גדול בזירה, כמו הסופרבול, עם שאגת הקהל, ריח הנקניקיות, וים של גופיות מתמזגות לטשטוש כאוטי אחד. בעוד שהסביבה התזזיתית, המרגשת בהחלט משפרת את חווית הצפייה שלך, היא יכולה גם להקשות על למצוא את האנשים שאיתם באת אם אתה נפרד. אם אתה מתקשר בטלפון או מנופף מהיציעים, זה יכול להיות משחק מתיש של מחבוא-ומבקש בין הרעש וההמולה.
עכשיו תאר לעצמך אם הייתה לך דרך להנחות אותם אליך מרחוק עם דיוק מדויק-אפליקציה שהדגישה את מיקומם המדויק ודחפה אותם בעדינות לנוע בכיוון הנכון. זה, בעיקרו של דבר, זה מה שביו-ההנדסה לוקאש בוגאג 'וצוותו באוניברסיטת פנסילבניה השיגו-למעט הזירה היא גוף האדם, והאנשים שאתה מכוון הם תאים מהונדסים שנשלחו לביצוע משימות ספציפיות כמו הרג סרטן או תיקון רקמה פגומה.
קורה המון במערכות חי מורכבות, כך שכשאנחנו שולחים תאים שונה לגוף כדי לבצע פונקציה מסוימת, רוצה להיכנס ולמצוא פתוגנים או תאים סרטניים, האם זה לא יהיה נהדר אם נוכל לתקשר איתם, להנחות אותם, וודאו שהם הולכים בדיוק לאן שהם צריכים ללכת, בזמן הנכון, לעשות את הדבר הנכון? "
לוקאש בוגאג ', ביו -אנגינר, אוניברסיטת פנסילבניה
במאמר חדש, מעבדת Bugaj מציגה כלים שלמעשה, "מתקשרים מרחוק ולא פולשני עם פעילותם של התאים" מרחוק ולא פולשני "לאחר שנכנסו לזירה. פורסם ב שיטות טבעהעיתון מתמקד בחלבון שהצוות פיתח בשם Melt, שניתן לחלוף על ידי טמפרטורה.
מאור לחום: פיתוח נמס
שליטת התנהגות סלולרית עם תחום אור A המכונה אופטוגנטיקה-הייתה מחליף משחק בביולוגיה מאז התפתחותו לפני כמעט שני עשורים. זה כרוך בחוקרים המשתמשים בחלבונים רגישים לאור כדי להפעיל או לבטל מסלולים ספציפיים בתאים. אבל יש מלכוד, האור לא חודר לעומק לרקמות, מה שהופך אותו לבלתי מעשי ליישומים טיפוליים רבים.
"היינו צריכים משהו שיכול להעמיק", אומר בוגאג '. "כאן נכנסת הטמפרטורה. חום הוא גירוי חודר יותר-הוא עובר דרך רקמות בדרכים אור גלויות פשוט לא יכול."
הפריצה הגיעה ממקור מפתיע, פטרייה המכונה Botrytis cinereaידוע לשמצה בגרימת ריקבון בתותים וענבים. הפטרייה מייצרת חלבון בשם BCLOV4, שנחקר בתחילה בגלל רגישות האור שלו, אך כאשר המעבדה של בוגג 'הציגה את החלבון לקווי תאים אנושיים, קרה משהו בלתי צפוי.
"שמנו לב שהחלבון לא הגיב רק לאור-הוא הגיב לטמפרטורה", אומר הסופר הראשון ודוקטורט לשעבר. סטודנט במעבדת Bugaj, וויל בנמן. "זה הרגע שחשבנו 'בסדר, זה באמת ממש ממש מרגש', מכיוון שיש הרבה חלבונים ידועים שמגיבים לאור, אבל לא כמה חלבונים המגיבים לטמפרטורה."
הצוות תהה, האם יכול להנדס את החלבון כדי להגיב אך ורק לטמפרטורה? ואם כן, האם הם יכולים להשתמש בה כדי לשלוט על התנהגות סלולרית בצורה לא פולשנית? לאורך חודשים של ניסויים הם שינו את BCLOV4 לחלבון חדש המשמש ככלי רגיש לטמפרטורה גרידא: קוצר נמס ללוקליזציה ממברנה באמצעות טמפרטורה.
"שברנו את רגישות האור וכווננו את רגישות הטמפרטורה שלה לפעול בטמפרטורות גוף האדם", אומר פאבן איינגר, חוקרת לשעבר לתואר ראשון במעבדת בוגאג '. "עכשיו יש לנו מתג שעובד כמו דימר-אתה מעלה את הטמפרטורה, והוא מפעיל; להוריד אותו וזה מבטל."
על ידי מיזוג נמס למסלולי סלולר שונים, הצוות הפגין שליטה מדויקת על תהליכים כמו איתות תאים, פירוק פפטיד ואפילו מוות של תאים. בניסוי בולט אחד, הם הראו כי יישום מכשיר לקירור אקטואלי-"ICepack מפואר"-על מודל של בעלי חיים עלול לעורר מוות של תאי סרטן, ללא רעילות מערכתית של כימותרפיה מסורתית.
להמיס בפעולה
הצוות בחן גם את השימוש של Melt במחקר בסיסי, בו שליטה על מסלולי סלולר בזמן אמת יכולה לחשוף תובנות חדשות כיצד התאים מתפקדים.
"זה סוג של מקרה נדיר שבו חלבון יכול לעשות כל כך הרבה דברים שונים", אומר מחבר משותף של נייר ההמסה ודוקטורט. סטודנט במעבדת בוגאג ', זיקאנג (דניס) הואנג. "זה יכול לחוש אור, זה יכול לחוש טמפרטורה, זה יכול ללכת לקרום, ויש לו גם כמה פונקציות מולקולריות אחרות, ואילו לרוב החלבונים הטבעיים הידועים עשויים להיות רק אחד מהפונקציות הללו. ברגע שנגלה איך זה עובד, אנחנו יכול לתכנן חלבונים חדשים יותר שיש להם פונקציות משולבות רק בחלבון יחיד. "
בטווח הקרוב, כי הצוות מאמין שהמסה יכולה לסייע בתגליות מפתח בטיפולי סרטן, מה שמאפשר טיפולים ממוקדים יותר ופחות רעילים.
"עבודה זו הייתה אפשרית רק בגלל מימון של הממשלה הפדרלית וגם באמצעות קרנות טייס מהמרכז להנדסת דיוק לבריאות בפן. בניית תמיכה ראשונית זו והתוצאות המוקדמות שלנו, המעבדה שלנו זכתה לאחרונה במענק גדול של NIH כדי לפתח עוד יותר ולבדוק את היעילות של אבלציה של תאי גידול בשליטת טמפרטורה במודלים פיזיולוגיים של סרטן ", אומר בוגאג '. "בהמשך הקו, כלים אלה יכולים לסלול את הדרך לסוגים חדשים של טיפולי תאים המגיבים לרמזים פיזיולוגיים כמו חום או דלקת."