בפריצת דרך ראשונה מסוגה, צוות של חוקרי UBC Okanagan פיתח מערכת הידבקות מלאכותית המחקה באופן הדוק אינטראקציות ביולוגיות טבעיות.
ד"ר אייזק לי וצוותו בפקולטה למדעים של אירווינג ק. ברבר לומדים ביופיסיקה ברמת מולקולה בודדת ותא בודד. המחקר שלהם מתמקד בהבנת האופן שבו תאים מקיימים אינטראקציה פיזית זה עם זה ועם סביבתם, במטרה סופית לפתח כלים חדשניים לאבחון וטיפול במחלות.
שניים מהדוקטורנטים של ד"ר לי, מיכה יאנג ודיוויד באקר, הנדסו מולקולה חדשה שיכולה לשנות את האופן שבו תאים נצמדים זה לזה ומתקשרים ביניהם.
מיכה יאנג, המחבר הראשי של המחקר, מסביר שלכל התאים יש "דביקות" טבעית המאפשרת להם לתקשר, להצטרף יחד וליצור רקמות. שלא כמו דבקים יומיומיים, שנוטים להשתחרר בקלות רבה יותר בכוח גובר, אינטראקציות רבות של דבק סלולרי מתנהגות הפוך – ככל שאתה מושך חזק יותר, כך הן מחזיקים חזק יותר. הדביקות המחזקת העצמית המנוגדת את האינטואיציה הזו, הידועה כקשר תופסת, היא חיונית להקלה על פונקציות ביולוגיות חיוניות ולשמירה על מקשה אחת.
החידוש של יאנג כרוך בזוג מולקולות DNA שנועדו לשכפל את התנהגות קשרי התפס הזה.
המכונה "קרס הדג" בשל המבנה הייחודי שלו, מערכת מבוססת DNA זו מורכבת משני מרכיבים: הדג והקרס. באמצעות אינטראקציות משלימות של זוג בסיסים-DNA, המערכת מתפקדת כמו דג הנושך קרס, ויוצר קשר תפיסה. ניתן לכוונן את התנהגות הקשר במדויק על ידי שינוי רצפי ה-DNA של הדג והקרס, מה שמאפשר שליטה על חוזקו תחת כוחות משתנים.
"קשרי לוכד ממלאים תפקידים קריטיים במערכות כמו קולטנים של תאי T והידבקויות חיידקיות, שהם המפתח לתגובות חיסוניות, שלמות רקמות וחישה מכנו-; היכולת של תא לזהות ולהגיב לכוחות פיזיים", אומר יאנג. "הטבע שיכלל את האינטראקציות הללו במשך מיליוני שנים, אבל שכפול התכונות הדינמיות שלהן באופן סינטטי היה אתגר גדול – עד עכשיו.
המחקר, שפורסם לאחרונה ב תקשורת טבעמדגיש את היתרונות של מערכת חדשה מבוססת DNA זו.
הכוונון של מערכת זו מהווה התקדמות משמעותית לעומת אג"ח מלאכותי קודמות. היכולת לשלוט במדויק על ההתנהגות התלויה בכוח של הקשר הופכת אותו לכלי אידיאלי לחקר אינטראקציות ביולוגיות ולפיתוח חומרים חדשניים".
מיכה יאנג, המחבר הראשי של המחקר
היישומים הפוטנציאליים של קשר הדג-קרס הם עצומים, אומר יאנג.
במדעי החומרים, העיצוב יכול להוות השראה ליצירת חומרים מגיבים שמתחזקים תחת לחץ, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור טכנולוגיות לבישות או יישומי תעופה וחלל שבהם העמידות היא קריטית.
ברפואה, גישה זו יכולה לשפר מערכות אספקת תרופות או פיגומי רקמות על ידי כך שהיא תאפשר להם ליצור אינטראקציה עם תאים באופן רגיש לכוח, תוך חיקוי תהליכים ביולוגיים טבעיים.
בעוד שהפיתוח של קשרי הדבקה מלאכותיים עדיין בראשית ימיו, יאנג רואה בו צעד מרגש בהנדסה ביו-מימטית – גישה השואפת לשכפל את היעילות והסתגלות של מערכות טבעיות. עבודה זו פותחת אפשרויות חדשות לעיצוב חומרים המחקים או משפרים תהליכים ביולוגיים טבעיים.
"על ידי חיקוי אינטראקציות ביולוגיות כמו קשר תופסן, מדענים לא רק לומדים יותר על איך המערכות הללו פועלות בטבע, אלא הם סוללים את הדרך לטכנולוגיות חדשות שמסוגלות לשפר את חיי האדם".
