یک گروه تحقیقاتی با تقلید از فضای نانومقیاس درون سلولی، اقدام به تولید اندامک مصنوعی کرده است، اندامکی که برای عملکرد سلول ضروری است.
ساخت اندامک مصنوعی با تقلید از طبیعت
سلول‌ها دارای قسمت‌های کوچکی هستند که به‌عنوان اندامک شناخته می‌شوند و واکنش‌های بیوشیمیایی پیچیده‌ای را انجام می‌دهند. این محفظه‌ها دارای چندین آنزیم هستند که با یکدیگر کار می‌کنند تا عملکردهای مهم سلولی را انجام دهند.
محققان مرکز مواد نرم و زنده در موسسه علوم پایه در کره‌جنوبی با موفقیت از این فضای نانومقیاس برای ایجاد «میتوکندری مصنوعی» استفاده کردند. نتایج این مطالعه در قالب مقاله‌ای در Nature Catalysis منتشر شده است. محققان می‌گویند که از این فناوری می‌توان برای ساخت اندامک‌های مصنوعی استفاده کرد، اندامک‌هایی که می‌توانند ATP یا سایر مولکول‌های مفید را برای سلول‌های بافت آسیب دیده یا بیمار تأمین کنند. برای این کار از برنامه‌ریزی مجدد اگزوزوم‌ها، که وزیکول‌های کوچکی با ابعاد نانومتری هستند، استفاده می‌شود.
این تیم تحقیقاتی با استفاده از کپسول گلوکز اکسیداز (GOx) و پراکسیداز هورس‌رادیش (HRP) در داخل اگزوزوم‌ها، عملکرد آبشار بیوتاتالیستی چندآنزیمی را به اثبات رساندند. گلوکز اکسیداز ابتدا گلوکز را به گلوکونیک اسید و پراکسید هیدروژن تبدیل می‌کند. HRP به نوبه خود از پراکسید هیدروژن تولید شده در اولین واکنش برای اکسیداسیون Amplex Red به محصول فلورسنت استفاده می‌کند. محققان حتی توانستند با افزودن آنزیم سومی، گالاکتوزیداز که لاکتوز را به گلوکز تبدیل می‌کند، به این مخلوط یک قدم فراتر بگذارند.
برای توسعه این فناوری، محققان آزمایش‌هایی را با استفاده از راکتورهای قطرات ریزسیالی انجام دادند که قطرات کوچکی را ایجاد کرد که اندازه مشابه سلول‌های معمولی داشتند. (قطر ۱۰ میکرومتر) ابتدا آن‌ها تلاش کردند که همجوشی کنترل شده این اگزوزوم‌ها در داخل قطرات تسهیل کرده و در عین حال از همجوشی ناخواسته جلوگیری کنند. پژوهشگران این کار را با خلق سطوح اگزوزومی با مولکول‌هایی به نام کاتکول انجام دادند که یک عامل شلات کننده است که با یون‌های فلزی کمپلکس‌هایی را تشکیل می‌دهد. این به نوبه خود با اتصال کاتکول به آنتی‌بادی‌هایی که نشانگرهای سلولی خاص مانند CD9 را هدف قرار می‌دهند، انجام شد. خاصیت پیچیده تشکیل کاتکول به آن‌ها اجازه می‌دهد وقتی با یون‌های فلزی مانند Fe3+ مخلوط می‌شوند، همجوشی بین اگزوزوم‌ها انجام شود. همجوشی غشایی زمانی اتفاق می‌افتد که کاتکول‌های روی سطوح به آهن متصل شده و وزیکول‌ها را به یکدیگر نزدیک کند.
محققان ابتدا با بارگذاری یک نوع اگزوزوم با calcein-Co2+ و نوع دیگر با EDTA، اثربخشی این سیستم را آزمایش کردند. هنگامی که دو وزیکول به هم می‌پیوندند و محتویات آن‌ها با هم مخلوط می‌شوند، EDTA موجب می‌شود تا Co2+ از کالسئین دور شود و به دومی اجازه می‌دهد تا فلورسانس کند. محققان این پروژه دریافتند که در تشخیص سیگنال فلورسانس موفق بوده‌اند و با دو برابر شدن قطر اگزوزوم اندازه‌گیری شده، همجوشی تأیید شد. این اگزوزوم‌های سفارشی با واکنش‌دهنده‌ها و آنزیم‌های مختلف بارگیری شدند که آن‌ها را به کارخانه‌های نانویی زیست تقلیدی تبدیل کرد. این فناوری به آن‌ها این امکان را می‌دهد که مولکول‌های زیستی با ارزش بالا را با تبدیل بیوکاتالیستی مورد نظر به‌صورت محدود تولیدکنند که با استفاده از تجهیزات آزمایشگاهی معمولی امکان‌پذیر نیست.
