211service.com
Buňka na čipu
Lék heparin se široce používá k prevenci srážení krve při lékařských postupech od dialýzy po chirurgii na otevřeném srdci. S trhem v hodnotě 6 miliard dolarů je dnes jedním z nejběžnějších léků používaných v nemocnicích. Jeho široké použití však popírá jeho hrubý původ: více než 90 let poté, co byl objeven, se heparin stále vyrábí z vepřových střev. Ale nový mikrofluidní čip, který napodobuje činnost jednoho z nejzáhadnějších orgánů buňky, to může pomoci změnit. Vědci z Rensselaer Polytechnic Institute v Troy, NY, vytvořili první umělou buněčnou organelu a používají ji k lepšímu pochopení toho, jak lidské tělo vyrábí heparin.
Falešná buňka: Tento mikrofluidní čip může replikovat aktivitu jedné z nejdůležitějších, ale nejméně pochopených organel eukaryotické buňky – Golgiho aparátu. Vědci doufají, že jim to pomůže pochopit, jak vytvořit syntetické verze důležitých léků, jako je heparin.
Vědci pracovali na vytvoření syntetické verze léku, protože současný způsob výroby jej ponechává náchylný ke kontaminaci – v roce 2008 byl takový incident zodpovědný za zabití mnoha lidí. Ukázalo se však, že je neuvěřitelně obtížné tento lék vytvořit v laboratoři.
Velká část tajemství produkce heparinu pramení z místa jeho přirozené syntézy: buněčná organela nazývaná Golgiho aparát, která zpracovává a balí proteiny pro transport z buňky a zdobí proteiny cukry, aby se vytvořily glykoproteiny. Přesně to, jak to dělá, unikalo generacím vědců. Golgi byl objeven před více než 100 lety, ale to, co se děje uvnitř, je stále černá skříňka, říká Robert Linhardt , biotechnolog ve společnosti Rensselaer, který pracuje na heparinu téměř 30 let a je hlavním autorem nové studie. Proteiny jdou dovnitř, glykoproteiny vycházejí. Známe enzymy, které jsou nyní zapojeny, ale ve skutečnosti nevíme, jak jsou kontrolovány.
Aby lépe porozuměli tomu, co se děje uvnitř Golgi, rozhodli se Linhardt a jeho kolegové vytvořit vlastní verzi. Výsledek: první známá umělá buněčná organela, malý mikrofluidický čip, který napodobuje některé Golgiho akce. Digitální zařízení umožňuje výzkumníkům řídit pohyb jediné mikroskopické kapičky, zatímco přidávají enzymy a cukry, rozdělují kapičky a pomalu vytvářejí molekulový řetězec jako heparin. Můžeme v podstatě ovládat proces, stejně jako Golgi řídí proces, říká Linhardt. Myslím, že máme skutečně umělou verzi Golgiho. Ve skutečnosti bychom mohli navrhnout něco, co funguje jako organela a ovládat to. Dalším krokem je vytvoření složitějších reakčních kombinací.
Lidé mají k výrobě těchto důležitých sacharidů kousky nástrojů, ale jedna věc, kterou byste potenciálně měli udělat, je pokusit se napodobit přírodu, nebo alespoň zjistit, jak to funguje, říká Paul DeAngelis , biochemik a molekulární biolog z University of Oklahoma, který se na výzkumu nepodílel. Miniaturizace, kterou provádějí – mají malé bublinky kapaliny, se spojují a jdou do různých oddílů s různými katalyzátory za různých podmínek – tak funguje vaše tělo a Golgiho aparát. Je to pěkný model.
V současné době vědci vědí, jak heparin vypadá a jaké enzymy jsou potřebné k jeho výrobě, ale zcela nevědí jak je vyrobeno. Je to jako mít všechny materiály a nástroje potřebné ke stavbě domu a vědět, jak konečný dům vypadá, a pak mít někoho, kdo řekne: ‚Dobře, pojď postavit dům,‘ říká Linhardt. Co potřebujeme, je plán. Potřebujeme vědět, jak tyto nástroje spolu fungují, jak je dům sestaven. Přirovnává mikrofluidický čip k domácímu stavitelskému kotouči, který nám říká, jak zatloukat hřebíky, jak řezat, jak sestavit vzpěry, jak vložit stěny. Testováním reagencií v různých množstvích, s různou reakční dobou, umělý Golgi je možná bude schopen naučit, jak syntetizovat heparin a další molekuly v laboratorním prostředí.
Je to spojení inženýrství a biologie, říká Jeffrey Esko, glykobiolog z Kalifornské univerzity v San Diegu. Dá se to udělat ve zkumavkách, ale čip poskytuje způsob, jak automatizovat proces v mikroměřítku. Čip také umožňuje přesnou kontrolu nad každou jednotlivou interakcí, a to v malém měřítku.
S pomocí jejich mikročipu a značného financování od National Institutes of Health Linhardt věří, že by měli být schopni zavést bioinženýrský heparin do klinických studií během příštích pěti let.