Созданы искусственные клетки, управляющие дифференцировкой нейронов

Исследователи из Италии и Канады разработали искусственные клетки, которые по команде или в ответ на изменения в окружающей среде синтезируют и высвобождают сигнальные молекулы, влияющие на клетки человеческого организма. В перспективе такая технология может использоваться для умной доставки терапевтических молекул.

Изображение:

Схема эксперимента

Credit:

Science Advances, 2020, DOI: 10.1126/sciadv.abb4920 | CC BY 4.0

Исследования в области искусственных клеток ведутся достаточно давно, однако обычно такие клетки работают вне организма и не взаимодействуют с другими клетками. Международная группа ученых поставила задачу разработать искусственные клетки, которые не только будут устойчивы к физиологической среде, но и смогут синтезировать молекулы, регулирующие жизнедеятельность других клеток.

Искусственные клетки были созданы на основе модифицированной и оптимизированной бесклеточной системы транскрипции-трансляции S12 E. coli. Эту систему заключали в оболочку из 1-пальмитоил-2-олеоил-sn-глицеро-3-фосфохолина (POPC). Готовые клетки, стабильные в физиологических условиях, синтезировали и накапливали внутри себя нейротрофический фактор мозга (BDNF) — сигнальную молекулу, индуцирующую дифференциацию нейронов из стволовых клеток нервной ткани. Клетки также экспрессировали перфриноглизин О (PFO) — белок, который встраивается в их мембраны и создает поры, обеспечивающие выход BDNF. Синтез PFO контролировался фактором транскрипции LuxR и активировался только в присутствии N-3-оксогексаноил-гомосеринлактона (3OC6 HSL); в природе это вещество действует как регулятор чувства кворума у бактерий. Таким образом, искусственные клетки постоянно синтезировали и накапливали в себе BDNF, но выпускали его только при добавлении 3OC6 HSL.

Чтобы проверить, как искусственные клетки будут взаимодействовать с другими эукариотическими клетками, ученые в течении 19 дней инкубировали мышиные стволовые клетки нервной ткани вместе с искусственными клетками, сменяя последние каждые 24 часа для поддержания необходимых уровней BDNF. На 19-й день ученые оценивали уровень дифференциации нейронов по уровню экспрессии βIII-тубулина (этот белок синтезируется почти исключительно в нейронах, а также клетках семенников). Стволовые клетки, инкубированные с искусственными клетками, которые экспрессировали BDNF, показывали четкие признаки дифференциации, в отличие от тех, которые культивировались без искусственных клеток, с искусственными клетками, не способными синтезировать BDNF или без добавления 3OC6 HSL. Экспрессируемый искусственными клетками BDNF успешно ингибировал апоптоз.

Ученые также проверили активность искусственных клеток инкубацией с HEK293T клетками, модифицированными для синтеза зеленого флуоресцентного белка (GFP) в ответ на BDNF. После инкубации с искусственными клетками ученые наблюдали увеличение синтеза GFP на 45% по сравнению с негативным контролем, в котором искусственные клетки синтезировали инертный белок.

Искусственные клетки пока несовершенны — трансляция внутри клеток обычно прекращается после 5 часов. Однако авторы верят, что дальнейшая работа может открыть новые возможности для умной доставки терапевтических молекул с помощью таких клеток. Возможно, искусственные клетки, введенные в организм пациента, смогут отслеживать его физиологическое состояние и синтезировать молекулы лекарства в ответ на отклонение от нормы.

«Эта работа начинает наводить мосты между более теоретическими работами типа “что такое клеточная жизнь” и функциональными, полезными технологиями», — говорит один из ведущих авторов исследования, профессор Шереф Манси из Университета Альберты (Канада).

Источники

Ö. Duhan Toparlak, et al. // Artificial cells drive neural differentiation // Science Advances, 2020, Vol. 6, no. 38, eabb4920, DOI: 10.1126/sciadv.abb4920

Цитата по пресс-релизу

Добавить в избранное

Вам будет интересно