可控蛋白質功能的納米“計算機”研製成功

科技日報北京11月18日電 （記者張夢然）創建用於精準醫療的納米級計算機，長期以來一直是許多科學家和醫療機構的夢想。現在，美國賓夕法尼亞州立大學研究人員首次研製出一種納米“計算機”，可控制參與細胞運動和癌症轉移的特定蛋白質的功能。這項發表在16日《自然·通訊》上的研究，為構建用於癌症和其他疾病的複雜設備鋪平了道路。

賓夕法尼亞州立大學醫學院尼古萊·多霍利安教授及其同事創造了一個類似晶體管的“邏輯門”，可執行計算操作，由多個輸入控制一個輸出。

多霍利安稱，這個邏輯門是一個重要的里程碑，因為它展示了在蛋白質中嵌入條件去操作並控制其功能的能力。這將給更深入地瞭解人類生物學和疾病，以及精準療法的開發帶來可能性。

邏輯門包括兩個傳感器域，旨在響應兩個輸入——光和藥物雷帕黴素。研究團隊瞄準了蛋白質焦點黏附激酶（FAK），因為它涉及細胞黏附和運動，這是轉移性癌症發展的初始步驟。

研究人員首先在編碼FAK基因中引入一個名為uniRapr的雷帕黴素敏感域，該域之前由實驗室設計和研究過。然後，研究人員引入對光敏感的域LOV2。對兩個域進行優化後，研究人員將它們組合成一個最終的邏輯門設計。

研究團隊將修改後的基因插入HeLa癌細胞，並使用共聚焦顯微鏡在體外觀察細胞。他們分別研究了每個輸入對細胞行為的影響，以及組合輸入的綜合影響。

研究發現，他們不僅可以使用光和雷帕黴素快速激活FAK，而且這種激活導致細胞內部發生變化，從而增強了它們的黏附能力，最終降低了運動性。

研究人員稱，這是第一次證明可在活細胞內構建一種可控制細胞行為的功能性納米“計算機”。