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研究人員進(jìn)行活細(xì)胞成像實(shí)驗(yàn)，使用共聚焦顯微鏡研究細(xì)胞行為。圖片來源：賓夕法尼亞州立大學(xué)生命科學(xué)研究所
科技日報(bào)記者 張夢然
美國賓夕法尼亞州立大學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了用作電路的第一個(gè)基于蛋白質(zhì)的納米計(jì)算代理。在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》的論文中，研究人員描述了他們通過整合兩個(gè)或?qū)Υ碳ぷ鞒龇磻?yīng)的區(qū)域來設(shè)計(jì)目標(biāo)蛋白。該目標(biāo)蛋白可通過調(diào)整方向或空間位置來響應(yīng)光和藥物雷帕霉素。這使距離開發(fā)下一代細(xì)胞療法又近了一步。
傳統(tǒng)的細(xì)胞療法，例如破壞癌細(xì)胞或促進(jìn)損傷后組織再生的方法，需要時(shí)間讓蛋白質(zhì)表達(dá)和降解，并在此過程中消耗細(xì)胞能量。
科學(xué)家們此次設(shè)計(jì)直接產(chǎn)生所需作用的蛋白質(zhì)，基于蛋白質(zhì)的納米計(jì)算代理直接響應(yīng)刺激（輸入），然后產(chǎn)生所需的動(dòng)作（輸出）。
測試中，團(tuán)隊(duì)將工程蛋白引入培養(yǎng)的活細(xì)胞中，再將培養(yǎng)的細(xì)胞暴露于刺激下。以前需要兩個(gè)輸入才能產(chǎn)生一個(gè)輸出，但現(xiàn)在，新設(shè)計(jì)有兩種可能的輸出，輸出取決于接收輸入的順序。如果首先檢測到雷帕霉素，然后是光，則細(xì)胞將采用一個(gè)取向角度；但如果是相反的順序接收刺激，則細(xì)胞會(huì)采用不同的取向角。
從理論上講，嵌入納米計(jì)算代理的輸入越多，不同組合可能導(dǎo)致的潛在結(jié)果就越多。輸入可能包括物理或化學(xué)刺激，輸出可能包括細(xì)胞行為的變化，如細(xì)胞方向、遷移、修飾基因表達(dá)和免疫細(xì)胞對癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性。
這種實(shí)驗(yàn)性概念驗(yàn)證為開發(fā)更復(fù)雜的納米計(jì)算代理打開了大門。團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步嘗試該技術(shù)的不同應(yīng)用。這一研究成果可能成為下一代細(xì)胞療法的基礎(chǔ)，用于治療多種疾病，如自身免疫性疾病、病毒感染、糖尿病、神經(jīng)損傷和癌癥。
總編輯圈點(diǎn)
相比于硅基計(jì)算機(jī)，人體是一臺(tái)更強(qiáng)大、更巧奪天工的超級(jí)計(jì)算機(jī)。人體內(nèi)每分每秒都進(jìn)行著大量的邏輯運(yùn)算，控制生物的新陳代謝、生長、應(yīng)激、行為、思想。因此，用生物分子替代電子元件，有巨大的潛力。新研制的蛋白質(zhì)計(jì)算器件類似晶體管，可由多個(gè)輸入控制一個(gè)輸出；它展示出在蛋白質(zhì)中嵌入條件并控制其功能的潛力。科學(xué)家實(shí)現(xiàn)這樣精細(xì)的控制，為制造下一代醫(yī)療設(shè)備，精準(zhǔn)治療各種疾病鋪平了道路。
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