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自行推进的原始细胞的方向控制

可以使合成原始细胞移向和移离化学信号,这是开发可以靶向体内特定位置的新药物输送系统的重要一步。通过用酶(催化化学反应的蛋白质)覆盖原细胞的表面,宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员能够在微流控设备中以化学梯度控制原细胞运动的方向。描述该研究的论文发表于2019年11月18日的《自然纳米技术》杂志上。

宾夕法尼亚州立大学凡尔纳·威拉曼化学教授,研究负责人Ayusman Sen说:“未来派的愿景是让微小的“机器人”运送药物,这些机器人可以将药物运送到需要的特定位置。球队。“目前,如果您因腿部感染而服用抗生素,它会扩散到整个身体。因此,您必须服用更高剂量才能将足够量的抗生素运到需要的腿部。如果可以的话,控制药物输送系统的定向运动,我们不仅可以减少所需药物的数量,而且可以提高其输送速度。”

解决控制方向的一种方法是使药物输送系统识别并朝着感染部位发出的特定化学信号移动,这种现象称为趋化性。许多生物利用趋化性作为生存策略来寻找食物或逃脱毒素。先前的研究表明,酶会发生趋化运动,因为酶催化的反应产生可以利用的能量。但是,大多数工作都集中在积极的趋化性,即向化学物质发展。到目前为止,关于负趋化性的研究还很少。从未证明过“可调”趋化性-控制朝向和远离不同化学信号的运动方向的能力。

研究人员制造出大小一致的原生细胞,称为脂质体的微小囊,其组成成分与天然细胞相同。然后它们可以将不同的酶附着到这些原始细胞的外表面。他们用于这项研究的酶是过氧化氢酶,脲酶和ATPase。这些酶将特定的反应物转化为产物。过氧化氢酶例如将过氧化氢转化为水和氧气。

宾州州立大学的研究生,论文的第一作者安贝卡·索马桑达尔说:“我们将酶包被的脂质体放置在维持酶的反应物或其产物梯度不变的微流体装置中。”“然后我们可以测量脂质体朝向或远离特定化学物质的运动。”

在他们的实验中,过氧化氢酶涂层的原细胞移向其反应物,而脲酶涂层的原始细胞则移离其反应物。取决于浓度,涂有ATPase的原始细胞既可以移向反应物,也可以移离反应物。

参议员说:“要有效地输送毒品,您需要两件事:运载毒品的能力和精确控制运动的能力。我们使用的原始细胞的内部可以充满有效载荷,我们现在越来越近了很好地控制他们的运动。”

除了Sen和Somasundar之外,宾州州立大学的研究小组还包括Subhadip Ghosh,Farzad Mohajerani,Lynnicia N. Massenburg,Tinglu Yang,Paul S. Cremer和Darrell Velegol。该研究是由美国国家科学基金会的化学机械组装中心资助的。

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