Šūna: vide ir svarīgāka par genomu?

"Nanomolekula ainava" izlemj par formu un funkciju

"Nanomolekula ainava" - Fraunhofer IBMT
lasīt skaļi

Vide veido ne tikai cilvēkus, bet arī viņu šūnas. Audu un blakus esošo šūnu virsma lielā mērā nosaka nediferencētās šūnas attīstības virzienu. Šo efektu pētnieki izmantos medicīniskajā šūnu terapijā un biotehnoloģijā.

Tas ilgu laiku nav redzams, un tomēr veco paziņu atpazīstam uzreiz, kad viņu satiekam uz ielas. Tas, kas šķiet pašsaprotams, patiešām ir mazs brīnums, skaidro prof. Günters Fūrs no Fraunhofera biomedicīnas inženierijas institūta IBMT: “Ādas šūnas dzīvo tikai dažus mēnešus, pēc tam tās mirst un tiek aizstātas ar jaunām. Ja pēc gadiem atkal redzat savu paziņu, neviena šūna viņa sejā nav tāda pati. Neskatoties uz to, jūs viņu atpazīstat. Viņš gandrīz izskatās kā agrāk. Kopumā pamata modelis tiek reproducēts pārsteidzoši stabils. "

Virsma ir izšķiroša

Šo precīzo šūnu reprodukciju nevar izskaidrot tikai ar genomu. "Ja tikai gēni būtu atbildīgi, jūs pēc dažiem mēnešiem neatzināt savu draugu: Mutācijas notiek ar katru šūnu dalījumu, tāpēc informācijas pārsūtīšana nav pilnīgi pareiza. Turpretī mijiedarbība starp šūnu virsmām dod ļoti precīzu rezultātu. Tas nodrošina, ka šūna tiek reproducēta gandrīz precīzi, "saka prof. Ginters Fūrs, IBMT vadītājs un jaunā ES projekta CellPROM koordinators. Kopā ar 27 komandām no visas Eiropas Fraunhofera zinātnieks nākamajos četros gados vēlas uzzināt, kā izmantot virsmu mijiedarbību, lai kontrolētu šūnu īpašības.

Mijiedarbība starp šūnu virsmām ne tikai regulē šūnas formu, bet arī šūnas funkciju. Piemēram, ja neitrāla, tomēr nediferencēta meitas cilmes šūna ielīmē noteiktas šūnas kaulu smadzenēs, starp virsmām notiek makromolekulas saites. Šīs reakcijas nosaka, vai cilmes šūna pārvēršas sarkanās asins šūnās, kas transportē skābekli caur asinsvadiem, baltajās asins šūnās, kas ir atbildīgas par imūnsistēmu, vai makrofāgos - fagocītos, kas iznīcina vīrusus un baktērijas. "Lēmums par to, kāda veida šūna attīstās, attīstās uz virsmas, tikai tad tiks ieslēgta ģenētiskā programma, " rezumē Fūrs.

"Nanomolekulas ainavas" kā iedvesmas avots

Teorētiski šo molekulāro mijiedarbību var izmantot, lai iegūtu šūnas terapeitiskiem nolūkiem, piemēram, lai palielinātu imūno aizsardzību, cīnītos pret vīrusiem vai aizstātu vēža bojātas asins šūnas. Līdz šim šūnu terapijā tiek izmantotas pieaugušās cilmes šūnas, kuras ņem, piemēram, pacienta kaulu smadzenes, pavairot un pēc tam atkārtoti ievadīt. Bet stikla laboratorijas traukos šīs šūnas neatrod bioloģiski stimulējošas virsmas. Tādēļ tie jau pašā sākumā nav ieprogrammēti noteiktu uzdevumu veikšanai, piemēram, cīņai ar vēzi vai skābekļa pārvadāšanai. displejs

CellPROM projektā pētnieki vēlas pierādīt virsmas ar makromolekulām. Šīs "nanomolekulārās ainavas" var ietekmēt šūnas to attīstībā. Vārds "CellPROM" apvieno angļu valodas terminu "cell" attiecībā uz "cell" un "EPROM", kas ir datora mikroshēmas nosaukums, kuras programmu var mainīt. "Mūsu redzējums ir šūnu individuāla diferenciācija, " saka Fūrs. "Projektā mēs vēlamies izveidot modulāru ierīču sistēmu, kas kopē cilvēka ķermenī notiekošo. Tur cilmes šūnas pēc vajadzības diferencējas 220 dažādos šūnu tipos. Ja mums izdosies izprast šos procesus, mēs varētu mērķēt šūnas vēža, imūndeficīta, autoimūno slimību vai hemofilijas ārstēšanai. Tā kā šūnu terapijas laikā replicējas un injicē tikai no šūnām iegūtas cilmes šūnas, nav imunoloģisku problēmu. "

Eiropas tīkls balstās uz modulāru uzbūvi

Pētniecības grupas no Vācijas, Šveices, Zviedrijas, Spānijas, Portugāles, Beļģijas, Austrijas, Francijas, Itālijas un Lietuvas, Slovēnijas un Izraēlas strādā pie tehniskām detaļām: piemēram, Zārbrikēnas Jaunu materiālu institūts meklē piemērotas nanodaļiņas; Fraunhofera uzticamības un mikrointegrācijas institūts IZM Berlīnē pēta dažādas nanostruktūras un to, kā veidot sterils mikrosistēmas; šūnu kultūras ir gatavas pirmajiem eksperimentiem Pasteur institūtā Parīzē; Dažādu uzņēmumu pētījumu departamenti izstrādā ierīces un automatizētas ražošanas sistēmas.

Četru gadu laikā IBMT testēs automātiskās CellPROM mašīnas galvenos moduļus. Sistēma, ieskaitot visus ekrānus, mikroskopus un procesu uzraudzības datorus, aizpildīs īpašu laboratoriju, kamēr faktiskais programmēšanas process notiks nelielā telpā: cilmes šūnas iziet cauri smalkiem kanāliem, kur tās iziet cauri satikt makromolekulas ainavas. Mijiedarbojoties ar nanovariantu, viņi dažu stundu laikā pārveidojas par specializētām šūnām, kuras ir labi sagatavotas viņu turpmākajam uzdevumam.

(Fraunhofer Gesellschaft, 27.04.2004. - NPO)