Наноразмерный «компьютер» управляет функцией белка и влияет на поведение клеток

Исследователи из Университета Пенсильвании впервые создали нанокомпьютерный агент, способный контролировать функцию конкретного белка, вовлечённого в движение клеток и метастазирование рака. Это открывает путь для создания сложных наноразмерных компьютеров для профилактики и лечения рака и других заболеваний.

Учёные под руководством Николая Докхоляна создали транзистороподобный «логический вентиль» — вычислительную операцию, где несколько входов управляют выходом. Этот вентиль, встроенный в белок, позволяет выполнять условные операции и контролировать его функцию.

Как устроена система

• Цель: белок киназа фокальных адгезий (FAK), участвующий в адгезии и движении клеток (начальные этапы метастатического рака).

• Два сенсорных домена (входа):

  1. uniRapr — чувствителен к препарату рапамицину.
  2. LOV2 — чувствителен к свету.

• Ген, кодирующий FAK, был модифицирован для включения этих доменов в единую конструкцию логического вентиля.

Эксперимент и результаты

Модифицированный ген внедрили в раковые клетки HeLa и наблюдали за ними in vitro с помощью конфокальной микроскопии. Изучали эффекты каждого входа по отдельности и их комбинации.

• Учёные смогли быстро активировать FAK с помощью света и рапамицина.
• Эта активация привела к внутренним изменениям в клетках, усилившим их способность к адгезии, что в итоге снизило их подвижность (мотильность).

Значение работы

• Впервые продемонстрировано создание функционирующего нанокомпьютерного агента внутри живых клеток для контроля их поведения.
• Обнаружены новые особенности белка FAK и вызываемых им изменений в клетках.
• Это шаг к «клеточным вычислениям», более глубокому пониманию биологии и разработке прецизионных терапевтических средств.

Исследование опубликовано 16 ноября в журнале Nature Communications. В дальнейшем команда планирует испытать эти нанокомпьютерные агенты in vivo.