Zamislite terapiju koja ne djeluje naslijepo, već sama „provjerava“ što se događa u organizmu i reagira tek kada prepozna točno određenu kombinaciju znakova bolesti.
Upravo prema takvoj budućnosti vodi novo istraživanje znanstvenika s Hebrejskog sveučilišta u Jeruzalemu, koji su razvili način programiranja ljudskih stanica tako da mogu obrađivati informacije i donositi svojevrsne biološke odluke.
Kako piše EurekAlert, istraživači su razvili sustav koji omogućuje ljudskim stanicama da istodobno obrađuju više staničnih signala, uz znatno manje računalnih koraka nego što je bilo potrebno kod ranijih metoda.
Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Nature Communications, a mogli bi otvoriti put razvoju „pametnih“ terapijskih stanica koje bi jednoga dana mogle prepoznati bolest i aktivirati liječenje upravo ondje gdje je potrebno.
Stanice kao mala biološka računala
Znanstvenici već godinama pokušavaju osmisliti genetske sustave kojima bi se stanice mogle programirati da prepoznaju određene znakove bolesti i na njih automatski odgovore.
Problem je u tome što takvi sustavi postaju vrlo složeni. Svaka nova naredba obično zahtijeva dodatne razine obrade unutar stanice. Što je program složeniji, to više opada njegova učinkovitost i pouzdanost.
Tim s Hebrejskog sveučilišta, koji predvode doktorandica Keren Roas i dr. Lior Nissim, razvio je pristup kojim stanice mogu izvršavati složenije genetske programe uz manje potrebnih „računalnih“ koraka i manje genetskih elemenata.
„Naš novi pristup omogućuje stanicama izvođenje složenih programa uz mnogo manje izračuna i genetskih elemenata“, objasnio je dr. Nissim.
Kako stanica može računati?
Istraživači su iskoristili prirodni proces poznat kao RNA trans-splicing, tijekom kojeg se različiti dijelovi genetskih poruka mogu povezivati unutar stanice. Taj su proces kombinirali s prirodnim i umjetno dizajniranim regulatornim elementima.
Na taj način stvorili su svojevrsne biološke procesore – molekularne sustave koji mogu primati različite signale i, ovisno o unaprijed određenim pravilima, pokrenuti određeni gen.
Drugim riječima, stanici se može zadati svojevrsna genetska naredba: ako su prisutni određeni signali, napravi jedno; ako je prisutna druga kombinacija, napravi nešto drugo.
Kako piše EurekAlert, znanstvenici su pritom uspjeli pokazati da takav sustav može istodobno obrađivati više signala, što ga čini učinkovitijim od tradicionalnih, slojevitih genetskih sklopova.
Napravili i biološku verziju računalnih sklopova
Kako bi pokazali mogućnosti svoje tehnologije, istraživači su izradili biološke sustave koji funkcioniraju slično nekim osnovnim komponentama računala.
Jedan od njih bio je takozvani „full adder“, sklop koji može izvoditi jednostavne binarne matematičke operacije. Napravili su i biološku verziju multipleksera, komponente koja između više ulaznih signala odabire određeni signal i prosljeđuje ga dalje.
Rezultate su mogli pratiti pomoću fluorescentnih proteina koji proizvode različite boje, ovisno o tome koji je signal stanica obradila.
Sustav ima i svojevrsni sigurnosni mehanizam. Ako stanica prepozna nevažeću ili preopterećenu kombinaciju signala, može proizvesti poseban signal upozorenja.
Najzanimljivija mogućnost: liječenje raka
Najveći potencijal ovog pristupa ipak je u medicini.
Zamislite stanicu koja u tijelu neprestano prati nekoliko različitih pokazatelja bolesti. Umjesto da reagira na samo jedan znak, mogla bi pričekati da se pojavi točno određena kombinacija signala. Tek tada bi aktivirala terapiju.
Takav pristup mogao bi biti posebno vrijedan u liječenju raka, gdje je jedan od velikih izazova razlikovati bolesno tkivo od zdravog.
Istraživači su kao demonstraciju svoje tehnologije programirali stanice da proizvode interleukin-15 (IL-15), protein imunološkog sustava koji može potaknuti aktivnost stanica uključenih u borbu protiv raka.
U budućnosti bi se slične stanice mogle programirati tako da, primjerice, prepoznaju nekoliko tumorskih markera istodobno i tek tada oslobode terapijski učinak.
Lijekovi bi se jednog dana mogli „programirati“
Iako je riječ o eksperimentalnom istraživanju, ideja otvara vrlo zanimljivu perspektivu: Lijekovi budućnosti možda neće biti samo kemijske ili biološke molekule, već svojevrsni „programi“ koji stanicama daju precizne upute.
Stanica bi tako mogla sama procijeniti situaciju, prepoznati određeni obrazac i odlučiti treba li pokrenuti terapiju.
Autori istraživanja ističu da bi smanjenje količine genetskog materijala potrebnog za takvo odlučivanje moglo omogućiti razvoj složenijih i pouzdanijih sintetskih bioloških sustava.
To ipak ne znači da su ovakve terapije već spremne za primjenu kod ljudi. Za to će biti potrebna daljnja istraživanja i provjere sigurnosti. No, korak prema stanicama koje mogu „čitati“ biološke signale, obrađivati ih i reagirati na njih upravo je ono što bi jednog dana moglo dovesti do preciznijeg liječenja bolesti s manje neželjenih učinaka na zdravo tkivo.
