Tech

นักวิทยาศาสตร์ของ UNIST ได้สร้างออร์แกเนลล์เทียมขึ้น

Organelles เป็นโครงสร้างเฉพาะที่ทำหน้าที่ต่างๆ ภายในเซลล์ พวกมันมีเอ็นไซม์หลายตัวที่ทำงานร่วมกันเพื่อทำหน้าที่สำคัญของเซลล์

นักวิจัยที่ UNIST ได้เลียนแบบออร์แกเนลล์เหล่านี้เพื่อสร้าง ‘เทียม’ mitochondria.’

พวกมันทำได้โดยการเขียนโปรแกรม exosomes ใหม่ ซึ่งเป็นถุงน้ำนอกเซลล์ชนิดหนึ่งที่มีส่วนประกอบของเซลล์ที่หลั่งออกมา ในระหว่างการทดลอง นักวิจัยได้ใช้เครื่องปฏิกรณ์หยดไมโครฟลูอิดิกเพื่อสร้างหยดน้ำที่มีขนาดใกล้เคียงกับเซลล์ทั่วไป

ในตอนแรก นักวิจัยต้องการอำนวยความสะดวกในการควบคุมการหลอมรวมของเอ็กโซโซมเหล่านี้ภายในหยดในขณะที่ป้องกันการหลอมรวมที่ไม่ต้องการ พวกเขาสามารถทำได้โดยปรับแต่งพื้นผิวภายนอกด้วยโมเลกุลที่เรียกว่า catechol Catechol เป็นสารคีเลตที่สร้างสารเชิงซ้อนที่มีไอออนของโลหะ

พวกมันแนบ catechol เข้ากับแอนติบอดีที่กำหนดเป้าหมายตัวทำเครื่องหมายของเซลล์ที่จำเพาะ เช่น CD9 คุณสมบัติการขึ้นรูปเชิงซ้อนของ catechol ช่วยให้สามารถขับเคลื่อนการหลอมรวมระหว่าง exosomes เมื่อผสมกับไอออนของโลหะ เช่น Fe3+ การหลอมรวมของเมมเบรนเกิดขึ้นเมื่อ catechols บนพื้นผิวจับกับเหล็กและนำถุงน้ำมารวมกัน

ประสิทธิภาพของระบบถูกกำหนดโดยการโหลด exosomes ประเภทหนึ่งด้วย calcein-Co2+ และอีกประเภทหนึ่ง กับอีดีทีเอ เมื่อถุงทั้งสองหลอมรวมและเนื้อหาผสมกัน EDTA จะดึง Co2+ ออกจากแคลเซียม ปล่อยให้หลอดหลังเรืองแสงได้

ทีมงานตระหนักว่าสามารถตรวจจับสัญญาณเรืองแสงได้สำเร็จ และ การหลอมรวมได้รับการยืนยันเพิ่มเติมโดยการเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลาง exosome ที่วัดได้เป็นสองเท่า

จากนั้นนักวิจัยทำการโหลด exosomes ด้วยสารตั้งต้นและเอนไซม์ที่แตกต่างกัน สิ่งนี้ทำให้พวกเขากลายเป็นโรงงานนาโนไบโอมิเมติก สิ่งนี้ทำให้พวกเขาสามารถผลิตชีวโมเลกุลที่มีมูลค่าสูงโดยทำการแปลงสารเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพที่ต้องการในลักษณะที่จำกัดพื้นที่ ซึ่งเป็นไปไม่ได้โดยใช้หลอดทดลองในห้องปฏิบัติการแบบเดิม

นักวิทยาศาสตร์ได้สาธิตฟังก์ชั่นแคสเคดแบบหลายเอนไซม์ไบโอแคตาไลติกด้วยการห่อหุ้มกลูโคส ออกซิเดส (GOx) และฮอร์สแรดิชเปอร์ออกซิเดส (HRP) ภายในเอ็กโซโซม ขั้นแรก GOx จะแปลงกลูโคสเป็นกรดกลูโคนิกและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

ในทางกลับกัน HRP ใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่สร้างขึ้นในปฏิกิริยาแรกเพื่อออกซิไดซ์แอมเพล็กซ์เรดให้เป็นผลิตภัณฑ์เรืองแสง รีโซรูฟิน นักวิจัยยังสามารถก้าวไปอีกขั้นได้ด้วยการเพิ่มเอนไซม์ตัวที่สาม กาแลคโตซิเดส ซึ่งจะเปลี่ยนแลคโตสเป็นกลูโคสให้เป็นส่วนผสม

นักวิจัยได้นำเซลล์จากเนื้อเยื่อเต้านมของมนุษย์มาพิจารณาว่าดีแค่ไหน เครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กเหล่านี้สามารถถูกนำเข้ามาและถูกทำให้อยู่ภายในโดยเซลล์ พวกเขาเลี้ยงเนื้อเยื่อด้วยเครื่องปฏิกรณ์นาโนที่หลอมละลาย หลังจากนั้น พวกเขาสังเกตการเคลื่อนภายในภายใน 48 ชั่วโมงข้างหน้าโดยใช้เครื่องหมายต่างๆ และกล้องจุลทรรศน์สแกนด้วยเลเซอร์คอนโฟคอล (CLSM)

พวกเขาพบว่าเซลล์สามารถรับ exosomes ที่ปรับแต่งเองเหล่านี้โดยหลักผ่าน endocytosis พร้อมกลไกอื่นๆ อีกมากมาย พวกเขาทดสอบระบบเอนไซม์ GOx-HRP สองตัวที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ในเซลล์ พบว่า exosomes ที่หลอมละลายสามารถผลิตผลิตภัณฑ์เรืองแสงได้สำเร็จแม้ในขณะที่อยู่ภายในเซลล์

จากการค้นพบนี้ นักวิจัยตั้งตารอที่จะสร้างสิ่งประดิษฐ์ที่ใช้งานได้จริง ไมโทคอนเดรีย สามารถผลิตพลังงานภายในเซลล์ได้ พวกเขาบรรลุสิ่งนี้โดยสร้าง ATP synthase และ bo3 oxidase ใหม่เป็น exosomes ก่อนหน้าที่มี GOx และ HRP

ด้วยเหตุนี้ exosomes จึงถูกหลอมรวมเพื่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์นาโนที่สามารถผลิต ATP โดยใช้กลูโคสและไดไทโอไทรอิทอล (DTT) . พบว่า exosomes ที่หลอมรวมสามารถเจาะลึกเข้าไปในส่วนแกนกลางของเนื้อเยื่อทรงกลมที่เป็นของแข็งและผลิต ATP ในสภาพแวดล้อมที่ขาดออกซิเจน กิจกรรมของออร์แกเนลล์อย่างง่ายเหล่านี้มาพร้อมกับการลดลงของ pH และการสร้างชนิดออกซิเจนปฏิกิริยา (ROS) ในทางตรงกันข้าม เอ็นไซม์อิสระไม่สามารถแทรกซึมเข้าไปในเซลล์ทรงกลมที่อัดแน่นเหล่านี้ได้

ศาสตราจารย์ Yoon-Kyoung Cho ผู้เขียนงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกล่าวว่า “เมื่อนำมารวมกัน ผลลัพธ์ของเราเน้นให้เห็นถึงศักยภาพของ exosomes เหล่านี้เป็นเครื่องปฏิกรณ์นาโนในการควบคุมกิจกรรมการเผาผลาญของเซลล์ภายในทรงกลม และลดทอนความเสียหายของเซลล์อันเนื่องมาจากการขาดออกซิเจน หวังว่าการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับออร์แกเนลล์เทียมดังกล่าวจะนำเสนอกระบวนทัศน์ใหม่ในด้านต่างๆ เช่น การวินิจฉัยและรักษาโรค เทคโนโลยีชีวภาพ ยารักษาโรค และสิ่งแวดล้อม”

อ้างอิงวารสาร:
  1. Kumar, S., Karmacharya, M., Michael, IJ et al. โปรแกรมฟิวชั่นเอ็กโซโซมสำหรับการสร้างพลังงานในเซลล์ที่มีชีวิต แนท คาตาล (2021). ดอย:

10.1038/s41929-021-00669-z

ตรัง chủ ธุรกิจ

  • อาหาร
  • ไลฟ์สไตล์ เทค

  • การตลาดดิจิทัล (การตลาดดิจิทัล)
  • Back to top button