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研究人員進行活細胞成像實驗，使用共聚焦顯微鏡研究細胞行為。圖片來源：賓夕法尼亞州立大學生命科學研究所

科技日報記者 張夢然

美國賓夕法尼亞州立大學團隊創建了用作電路的第一個基于蛋白質的納米計算代理。在最新一期《科學進展》的論文中，研究人員描述了他們通過整合兩個或對刺激作出反應的區域來設計目標蛋白。該目標蛋白可通過調整方向或空間位置來響應光和藥物雷帕霉素。這使距離開發下一代細胞療法又近了一步。

傳統的細胞療法，例如破壞癌細胞或促進損傷后組織再生的方法，需要時間讓蛋白質表達和降解，并在此過程中消耗細胞能量。

科學家們此次設計直接產生所需作用的蛋白質，基于蛋白質的納米計算代理直接響應刺激（輸入），然后產生所需的動作（輸出）。

測試中，團隊將工程蛋白引入培養的活細胞中，再將培養的細胞暴露于刺激下。以前需要兩個輸入才能產生一個輸出，但現在，新設計有兩種可能的輸出，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，則細胞將采用一個取向角度；但如果是相反的順序接收刺激，則細胞會采用不同的取向角。

從理論上講，嵌入納米計算代理的輸入越多，不同組合可能導致的潛在結果就越多。輸入可能包括物理或化學刺激，輸出可能包括細胞行為的變化，如細胞方向、遷移、修飾基因表達和免疫細胞對癌細胞的細胞毒性。

這種實驗性概念驗證為開發更復雜的納米計算代理打開了大門。團隊計劃進一步嘗試該技術的不同應用。這一研究成果可能成為下一代細胞療法的基礎，用于治療多種疾病，如自身免疫性疾病、病毒感染、糖尿病、神經損傷和癌癥。

總編輯圈點

相比于硅基計算機，人體是一臺更強大、更巧奪天工的超級計算機。人體內每分每秒都進行著大量的邏輯運算，控制生物的新陳代謝、生長、應激、行為、思想。因此，用生物分子替代電子元件，有巨大的潛力。新研制的蛋白質計算器件類似晶體管，可由多個輸入控制一個輸出；它展示出在蛋白質中嵌入條件并控制其功能的潛力。科學家實現這樣精細的控制，為制造下一代醫療設備，精準治療各種疾病鋪平了道路。

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