211service.com
Celle på en chip
Lægemidlet heparin er meget brugt til at forhindre blod i at størkne i medicinske procedurer lige fra dialyse til åben hjertekirurgi. Med et marked på 6 milliarder dollars er det et af de mest almindelige lægemidler, der bruges på hospitaler i dag. Men dets udbredte brug modsiger dens rå oprindelse: mere end 90 år efter det blev opdaget, fremstilles heparin stadig fra svinetarme. Men en ny mikrofluidik-chip, som efterligner handlingerne af et af cellens mest mystiske organer, kan være med til at ændre det. Forskere ved Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, NY, har skabt den første kunstige cellulære organel og bruger den til bedre at forstå, hvordan den menneskelige krop fremstiller heparin.
Falsk celle: Denne mikrofluidiske chip kan replikere aktiviteten af en af de eukaryote cellers vigtigste, men mindst forståede, organeller - Golgi-apparatet. Forskere håber, at det kan hjælpe dem med at forstå, hvordan man kan skabe syntetiske versioner af vigtige lægemidler såsom heparin.
Forskere har arbejdet på at skabe en syntetisk version af medicinen, fordi den nuværende produktionsmetode gør den modtagelig for forurening - i 2008 var en sådan hændelse ansvarlig for at dræbe snesevis af mennesker. Men stoffet har vist sig utroligt svært at skabe i et laboratorium.
Meget af mysteriet med heparinproduktion stammer fra stedet for dets naturlige syntese: en cellulær organel kaldet Golgi-apparatet, som behandler og pakker proteiner til transport ud af cellen, og dekorerer proteinerne med sukker for at lave glykoproteiner. Præcis hvordan det gør dette, har undgået generationer af videnskabsmænd. Golgi blev opdaget for over 100 år siden, men det, der sker indeni den, er stadig en sort boks, siger Robert Linhardt , en bioteknolog hos Rensselaer, der har arbejdet på heparin i næsten 30 år og er hovedforfatter af den nye undersøgelse. Proteiner går ind, glykoproteiner kommer ud. Vi kender de enzymer, der er involveret nu, men vi ved ikke rigtig, hvordan de kontrolleres.
For bedre at forstå, hvad der foregik inde i Golgi, besluttede Linhardt og hans kolleger at skabe deres egen version. Resultatet: den første kendte kunstige celleorganel, en lille mikrofluidikchip, der efterligner nogle af Golgiens handlinger. Den digitale enhed giver forskerne mulighed for at kontrollere bevægelsen af en enkelt mikroskopisk dråbe, mens de tilføjer enzymer og sukker, splitter dråber fra hinanden og langsomt bygger en molekylekæde som heparin. Vi kan i det væsentlige kontrollere processen, ligesom Golgi styrer processen, siger Linhardt. Jeg tror, vi har en virkelig kunstig version af Golgi. Vi kunne faktisk designe noget, der fungerer som en organel, og kontrollere det. Det næste trin er at lave mere komplicerede reaktionskombinationer.
Folk har haft stumper og stykker af værktøjskassen til at lave disse vigtige kulhydrater, men en ting, du potentielt bør gøre, er at prøve at efterligne naturen, eller i det mindste finde ud af, hvordan den fungerer, siger Paul DeAngelis , en biokemiker og molekylærbiolog ved University of Oklahoma, som ikke var involveret i forskningen. Den miniaturisering, de laver – med små bobler af flydende lunte og går til forskellige rum med forskellige katalysatorer under forskellige forhold – det er sådan din krop og Golgi-apparatet fungerer. Det er en fin model.
I øjeblikket ved forskerne, hvordan heparin ser ud, og hvilke enzymer der kræves for at lave det, men de ved det ikke helt hvordan det er lavet. Det er som at have alle de materialer og værktøjer, der kræves for at bygge et hus og vide, hvordan det endelige hus ser ud, og så have nogen til at sige: 'Okay, gå i gang med at bygge huset,' siger Linhardt. Det, vi har brug for, er en plan. Vi skal vide, hvordan disse værktøjer fungerer sammen, hvordan huset er samlet. Han sammenligner mikrofluidikchippen med en husbygnings-gør-det-selv-spole, en der fortæller os, hvordan man hamrer søm, hvordan man saver, hvordan man samler stivere, hvordan man sætter vægge i. Ved at teste reagenser i forskellige mængder, med forskellige reaktionstider, kunstige Golgi kan være i stand til at lære dem, hvordan man syntetiserer heparin og andre molekyler i et laboratoriemiljø.
Det er en fusion af teknik og biologi, siger Jeffrey Esko, en glykobiolog ved University of California, San Diego. Man kan gøre dette i reagensglas, men chippen giver en måde at automatisere processen på i mikroskala. Chippen giver også mulighed for præcis kontrol over hver enkelt interaktion og i lille skala.
Ved hjælp af deres mikrochip og betydelige midler fra National Institutes of Health, mener Linhardt, at de burde være i stand til at bringe biomanipuleret heparin ind i kliniske forsøg inden for de næste fem år.