به قلم پسخ بنسون • ۲ ژوئیه ۲۰۲۶
اورشلیم، ۲ ژوئیه ۲۰۲۶ (TPS-IL) — دانشمندان اسرائیلی روشی برای تبدیل سلولهای انسانی به سیستمهای «تصمیمگیرنده» قابل برنامهریزی ایجاد کردهاند که به آنها اجازه میدهد پیش از پاسخگویی، چندین سیگنال بیولوژیکی را به طور همزمان ارزیابی کنند. این پیشرفت میتواند به طور قابل توجهی توسعه درمانهای پزشکی نسل بعدی را پیش ببرد، جایی که سلولهای مهندسیشده از درون بدن بیماری را تشخیص داده و تنها در صورت نیاز، درمان هدفمند را ارائه میدهند.
محققان دانشگاه عبری اورشلیم روشی را برای مهندسی سلولهای انسانی به سیستمهای «تصمیمگیرنده» قابل برنامهریزی توسعه دادهاند که قادر به پردازش و پاسخگویی به چندین سیگنال بیولوژیکی به طور همزمان هستند. این پیشرفت گامی به سوی آنچه محققان آن را درمانهای زنده قابل برنامهریزی توصیف میکنند، نزدیکتر شده است.
دانشمندان مدتهاست که در تلاشند سلولهایی را مهندسی کنند که بتوانند بیماری را تشخیص داده و به طور خودکار پاسخ دهند. با این حال، مدارهای ژنتیکی سنتی با پیچیدهتر شدن، کارایی خود را از دست میدهند. هر لایه اضافی از «منطق» ژنتیکی، نویز بیولوژیکی ایجاد میکند، قابلیت اطمینان را کاهش میدهد و مقیاسپذیری چنین سیستمهایی را برای استفاده بالینی دشوار میسازد.
رویکرد جدید که توسط کرین روس، دانشجوی دکترا، و دکتر لیور نیسیم توسعه یافته است، با کاهش تعداد مراحل ژنتیکی مورد نیاز برای تصمیمگیری سلولی، این محدودیت را برطرف میکند. به جای اتکا به زنجیرههای طولانی از واکنشهای متوالی، این سیستم از ترانساسپلایسینگ RNA استفاده میکند، یک فرآیند سلولی طبیعی که در آن قطعات پیامهای ژنتیکی به هم میپیوندند. محققان این را با عناصر تنظیمی مهندسیشده که مانند پردازندههای بیولوژیکی فشرده عمل میکنند، ترکیب کردهاند.
با بازسازی نحوه پردازش دستورالعملهای ژنتیکی، این سیستم به سلولها اجازه میدهد تا چندین سیگنال بیولوژیکی را به طور همزمان به جای یکی پس از دیگری ارزیابی کنند. از نظر عملی، یک سلول میتواند چندین شرط را به صورت موازی ارزیابی کرده و تنها زمانی که ترکیب صحیح وجود دارد، پاسخ دهد، که کارایی را بهبود بخشیده و تعداد اجزای ژنتیکی مورد نیاز را کاهش میدهد.
برای نشان دادن این مفهوم، این تیم دستگاههای بیولوژیکی ساختند که عناصر اساسی سیستمهای کامپیوتری را تقلید میکنند. این شامل یک «جمعکننده کامل» بیولوژیکی، قادر به انجام محاسبات دودویی، و یک «مالتیپلکسر» بیولوژیکی، که بین سیگنالهای ورودی مختلف انتخاب میکند، بود. پروتئینهای فلورسنت برای بصریسازی خروجیها در داخل سلولهای زنده استفاده شدند و به محققان اجازه دادند تا عملکرد مدارهای مهندسیشده را در زمان واقعی مشاهده کنند.
این سیستم همچنین دارای یک مکانیزم ایمنی داخلی است: اگر سلول یک پیکربندی نامعتبر یا بیش از حد بارگذاری شده را تشخیص دهد، یک سیگنال هشدار تولید میکند. محققان میگویند این ویژگی میتواند به شناسایی خطاها و بهبود کنترل در کاربردهای آزمایشی و درمانی آینده کمک کند.
محققان تاکید کردند که این سیستم هنوز در مرحله آزمایشی است و تاکنون در محیطهای بالینی آزمایش نشده است.
این رویکرد میتواند کاربردهای آیندهای در درمان هدفمند سرطان داشته باشد، جایی که سلولهای مهندسیشده برای تشخیص ترکیبات خاصی از سیگنالهای مرتبط با تومور قبل از آزادسازی پاسخ درمانی، برنامهریزی میشوند. این فعالسازی شرطی میتواند به کاهش آسیب به بافت سالم در مقایسه با برخی درمانهای مرسوم کمک کند.
در تحقیقات ایمونوتراپی، این تیم نسخهای از این سیستم را نشان داد که در آن سلولها برای تولید اینترلوکین-۱۵ (IL-15)، پروتئینی که فعالیت سلولهای ایمنی مبارزه کننده با سرطان را تقویت میکند، برنامهریزی شده بودند. تکرارهای آینده میتوانند امکان فعالسازی دقیقتر ایمنی را فراهم کنند و تحریک غیرضروری در سایر نقاط بدن را محدود سازند.
یکی دیگر از کاربردهای بالقوه، تحویل موضعی دارو است. به جای توزیع سیستمیک دارو، سلولهای مهندسیشده میتوانند به عنوان حسگرهای داخلی و واحدهای تولیدی عمل کنند و مولکولهای درمانی را تنها زمانی تولید کنند که شرایط بیماری خاصی در محیط اطراف خود تشخیص داده شود.
محققان پیشنهاد میکنند که این رویکرد در نهایت میتواند از توسعه داروهایی که بیشتر شبیه نرمافزار طراحی شدهاند، پشتیبانی کند، جایی که «کد» بیولوژیکی سلولهای زنده را برای تشخیص و درمان بیماری هدایت میکند. با این حال، آنها تاکید میکنند که این کار هنوز آزمایشی است.
این مطالعه در مجله علمی معتبر Nature Communications منتشر شده است.
