基于蛋白质的纳米“计算机”进化出了影响细胞行为的能力

宾夕法尼亚州立大学的研究人员创造了第一个以蛋白质为基础的纳米计算代理，它的功能就像一个电路。这一里程碑式的成果使他们朝着开发下一代细胞疗法来治疗糖尿病和癌症等疾病又迈进了一步。

　　

   

   

片:Jiaxing Chen是宾夕法尼亚州立大学医学院和宾夕法尼亚州立大学哈克生命科学研究所的生物信息学和基因组学博士生，他是宾夕法尼亚州立大学研究团队的一员，该团队创建了第一个基于蛋白质的纳米计算代理，该代理具有电路功能。

资料来源:宾夕法尼亚州立大学哈克生命科学研究所

宾夕法尼亚州立大学的研究人员创造了第一个以蛋白质为基础的纳米计算代理，该代理可以作为电路发挥作用。这一里程碑式的成果使他们朝着开发下一代细胞疗法来治疗糖尿病和癌症等疾病又迈进了一步。

传统的基于细胞的合成生物学治疗方法，如破坏癌细胞或促进损伤后组织再生的方法，依赖于在细胞内产生预期作用的蛋白质的表达或抑制。这种方法需要时间(蛋白质的表达和降解)，并且在这个过程中消耗细胞能量。宾夕法尼亚州立医学院和哈克生命科学研究所的研究人员正在采取不同的方法。

“我们正在设计直接产生预期作用的蛋白质，”G. Thomas Passananti教授兼药学系研究副主任Nikolay Dokholyan说。“我们基于蛋白质的设备或纳米计算代理直接对刺激(输入)做出反应，然后产生所需的动作(输出)。”

在今天(5月26日)发表在《科学进展》上的一项研究中，Dokholyan和生物信息学与基因组学博士生Jiaxing Chen描述了他们创造纳米计算代理的方法。他们通过整合两个传感器域(或对刺激做出反应的区域)来设计目标蛋白质。在这种情况下，目标蛋白通过调整其方向或空间位置来对光和一种叫做雷帕霉素的药物做出反应。

为了测试他们的设计，研究小组将他们的工程蛋白引入了培养的活细胞中。通过将培养的细胞暴露在刺激下，他们使用设备测量细胞暴露于传感器域刺激后细胞方向的变化。

以前，他们的纳米计算代理需要两个输入来产生一个输出。现在，Jiaxing Chen说有两种可能的输出，输出取决于接收输入的顺序。如果首先检测到雷帕霉素，然后是光，细胞将采用一个角度的细胞取向，但如果以相反的顺序接受刺激，则细胞采用不同的取向角度。Chen说，这个实验性的概念验证为开发更复杂的纳米计算代理打开了大门。

“从理论上讲，你在纳米计算代理中嵌入的输入越多，不同组合可能产生的潜在结果就越多，潜在的输入可能包括物理或化学刺激，输出可能包括细胞行为的改变，如细胞方向、迁移、修饰基因表达和免疫细胞对癌细胞的细胞毒性。”

该团队计划进一步开发他们的纳米计算代理，并对该技术的不同应用进行实验。Dokholyan是宾夕法尼亚州立大学癌症研究所和宾夕法尼亚州立大学神经科学研究所的研究员，他说他们的概念有一天可能会成为下一代细胞疗法的基础，用于治疗各种疾病，如自身免疫性疾病、病毒感染、糖尿病、神经损伤和癌症。