I ricercatori dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill sono riusciti a costruire con successo cellule artificiali funzionali in laboratorio con DNA programmato che si comportano come cellule viventi. Il laboratorio di Freeman ha ingegnerizzato cellule con citoscheletri funzionali utilizzando un nuovo approccio che bypassa le proteine presenti in natura.
Ronit Freeman e il suo team hanno dimostrato il loro successo nel manipolare il DNA e le proteine, gli elementi fondamentali della vita, per creare cellule artificiali che assomigliano molto a quelle presenti nel corpo umano. Secondo Freeman, le cellule sintetiche erano stabili anche a una temperatura di 50° C. Ciò apre "la possibilità di produrre cellule con capacità straordinarie in ambienti normalmente inadatti alla vita umana".
Invece di creare materiali che durino, Freeman dire, che i loro materiali vengono creati per un'attività: svolgono una determinata funzione e quindi vengono modificati per eseguire una nuova funzione. Questo risultato offre prospettive significative per lo sviluppo della medicina rigenerativa, dei metodi di somministrazione dei farmaci e delle tecnologie diagnostiche. "Grazie a questa scoperta, possiamo pensare a tessuti ingegnerizzati o tessuti che possano essere sensibili ai cambiamenti ambientali e comportarsi in modo dinamico", afferma Freeman.
Cellule e tessuti fanno affidamento sulle proteine per svolgere vari compiti e costruire strutture vitali. Una di queste strutture, il citoscheletro, funge da struttura per la cellula, permettendole di funzionare correttamente. Il citoscheletro è fondamentale per mantenere la forma cellulare e facilitare le risposte all'ambiente. Il team ha progettato cellule artificiali con citoscheletri funzionali utilizzando un nuovo approccio che bypassa le proteine naturali. Hanno sviluppato una tecnologia avanzata chiamata tecnologia del DNA peptidico programmato. Questo metodo organizza la cooperazione tra peptidi, gli elementi costitutivi di base delle proteine, e materiale genetico elaborato per costruire il citoscheletro. Di conseguenza, queste cellule ingegnerizzate possono adattare la loro forma e rispondere ai segnali ambientali, dimostrando il notevole potenziale della biologia sintetica.
“Il DNA normalmente non appare nel citoscheletro. Abbiamo riprogrammato la sequenza del DNA in modo che agisca come un materiale architettonico, legando insieme i peptidi”, ha affermato Freeman. "Una volta che questo materiale programmato è stato posto in una goccia d'acqua, le strutture hanno preso forma."
Questa capacità senza precedenti di programmare il DNA offre agli scienziati la possibilità di creare cellule su misura per scopi specifici e persino di regolare la risposta di queste cellule agli stress esterni. Sebbene le cellule sintetiche create nel Freeman Lab non abbiano la complessità delle cellule viventi, offrono un livello di prevedibilità e resistenza a condizioni difficili come le temperature estreme.
Invece di concentrarsi sulla creazione di materiali durevoli, Freeman sottolinea l’adattabilità di queste cellule: sono progettate per svolgere determinate funzioni e quindi adattarsi a nuovi compiti.
Incorporando diversi costrutti di peptidi o DNA, questi materiali possono essere adattati per programmare le cellule nei tessuti o nei tessuti. Tale versatilità apre opportunità di integrazione con altre tecnologie di cellule sintetiche, rivoluzionando potenzialmente campi come la biotecnologia e la medicina.
"Questa ricerca ci aiuta a capire di cosa è fatta la vita", afferma Freeman. "Questa tecnologia delle cellule sintetiche ci consentirà non solo di replicare ciò che fa la natura, ma anche di creare materiali superiori a quelli biologici."
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