Niewielki, krzemowy chip, który pozwala zamieniać komórki skóry w komórki naczyń krwionośnych lub komórki nerwowe – to brzmi trochę jak magia, a trochę jak science-fiction. Ale istnieje i nie jest to prototyp. Przez lata pracowali nad nim naukowcy z Indiana University. Jest gotowy go produkcji, donoszą w „Nature Protocols”.
– Ten mały krzemowy chip jest narzędziem nanotechnologii, które może zmieniać funkcje komórek. Na przykład, jeśli ktoś potrzebuje krwi po wypadku, a naczynia krwionośne uległy zniszczeniu, będziemy mogli przekształcić komórki skóry w komórki naczyń krwionośnych i ocalić zagrożoną kończynę.
W badaniach laboratoryjnych urządzenie działało sprawnie i pozwoliło na szybkie gojenie się rozległych ran. Było to możliwe właśnie dzięki temu, że komórki skóry przekształciły się w komórki naczyń krwionośnych. W przyszłości będzie można je wykorzystać w leczeniu skutków udarów mózgu albo uszkodzeń nerwów spowodowanych przez cukrzycę.
Jak chip może programować żywe komórki?
Urządzenie wykorzystuje zjawisko nazywane transfekcją lub nanotransfekcją. Polega na pobudzeniu komórki bardzo krótkim impulsem prądu, żeby móc dostarczyć do jej wnętrza pożądane składniki. Zwykle nie przepuszcza ich błonka komórkowa, która bardzo starannie pilnuje, co może się dostać do wnętrza, a co nie. Krótki impuls prądu szeroko otwiera bramy takiej strzeżonej fortecy. Można dostarczyć do niej odpowiedni ładunek. Po tym komórkowe wrota znów się zamykają. Znacząco ułatwia to dostarczenie dowolnego związku, na przykład cząsteczek leków. W tym przypadku są to (opatentowane przez badaczy) koliste nici DNA zwane plazmidami. Gdy dostaną się do wnętrza komórek skóry, mogą przekształcić ją w inny rodzaj komórki.
Prawie wszystkie nasze komórki mają taki sam zestaw genów. To, że jedna staje się komórką skóry, wynika z tego, że jedne geny w niej działają, a inne pozostają nieaktywne. Mogą być włączane i wyłączane różne biochemiczne mechanizmy. Zwykle reguluje to otoczenie komórki. Metoda opracowana przez badaczy pozwala tym procesem sterować, czyli przeprogramować żywą komórkę, by stała się innym rodzajem – takim, którego akurat potrzeba.
Chip w ciele może za rok trafić do szpitali
– Nasza praca pokazuje dokładnie, jak zbudować takie urządzenie. To pozwoli innym naukowcom na korzystanie z tej nowej dziedziny medycyny regeneracyjnej – mówi prof. Chandan Sen, szef Centrum Medycyny Regeneracyjnej i Inżynierii Uniwersytetu Indiany.
Badacze przedstawiają przepis na stworzenie takiego urządzenia z nadzieją, że w przyszłości będzie wykorzystywane w szpitalach na całym świecie. Jak tłumaczy prof. Sen produkcja tego niewielkiego krzemowego urządzenia zajmuje od pięciu do sześciu dni. Na podstawie opublikowanej pracy powinno udać się to każdemu inżynierowi znającemu się na krzemowych technologiach.
Urządzenie jest co prawda gotowe do produkcji, ale nie ma jeszcze pozwolenia. Badacze sądzą, że amerykańska FDA wyda je w ciągu najbliższego roku. Wtedy będzie można zacząć je wytwarzać i dostarczać do klinik oraz szpitali. Badacze sądzą, że chip w ciele oraz możliwości, które daje ich wynalazek, zainteresują zapewne także służby ratunkowe i wojsko.
Źródła: Indiana University; Nature Protocols.