Peneliti Merekayasa Jaringan Lembut dari Ratusan Sel Sintetis

Keterangan - Pengaktifan ekspresi gen menghasilkan pori-pori protein yang menghubungkan dua sel sintetis, yang memungkinkan lewatnya ion (kiri). Ketika dicetak di bahan jaringan seperti 3-D, sel-sel mengirimkan sinyal listrik pencahayaan bawah (kanan). MICHAEL J. BOOTH

Perangkat: Para peneliti di University of Oxford, Inggris, telah merekayasa sebuah bahan seperti jaringan yang lembut - dibangun dari ratusan sel sintetis yang mengandung DNA, yang dapat mengirimkan sinyal listrik, menurut studi yang diterbitkan hari ini (1 April) di Scient Advance. Ekspresi gen di setiap "sel"-dicetak dalam bentuk  3-D dengan tetesan air yang dikelilingi oleh satu lapisan lipid-(ketika cahaya diaktfikan), memberikan peneliti kontrol yang lebih tepat terhadap perilaku material.

“Ini pekerjaan yang benar-benar indah," kata Sheref Mansy, seorang ahli biokimia yang membangun sel-sel dari awal di Universitas Trento, Italia, dan tidak terlibat dalam penelitian.

"Ini fantastis karena dapat menunjukkan kemampuan untuk mengatur sel-sel sintetis begitu tepat, dengan komunikasi antara tetesan yang berbeda."

Setiap tetesan lipid yang terbungkus memiliki volume 50 picoliters 100 picoliters, dan berisi satu set sederhana gen yang diperlukan untuk membuat transmembran pori protein- saluran di mana molekul kecil dapat melewatinya-yang mencakup lapisan ganda lipid yang terbentuk antara tetesan yang berdekatan. Protein sintetis ini diatur oleh promotor DNA cahaya- yang diaktifkan, yang berarti bahwa pori-pori hanya diproduksi (dan, karena itu, sinyal-sinyal listrik hanya dapat merambat) ketika tetesan telah diterangi.

Signifikansi: Mencetak kumpulan 3-D dari tetesan ini adalah "ide cemerlang," Stephen Mann, seorang ahli kimia yang mendesain protocells di University of Bristol, Inggris, menulis dalam email, sebagaimana dikutip The Scientist. Pekerjaan "harus menyediakan langkah pertama menuju peniruan fungsional transmisi saraf," tambahnya.

Harapannya adalah bahwa bahan-bahan tersebut mungkin suatu hari dapat berinteraksi dengan-atau bahkan mengganti-jaringan hidup. "Sebagai contoh, di regenerasi saraf di mana ada cedera tulang belakang, ada kemungkinan untuk menjembatani kesenjangan yang awalnya dengan bahan buatan ini," kata rekan penulis studi Hagan Bayley dari Oxford.

Kemampuan untuk mengontrol komunikasi antara sel-sel sintetik juga menawarkan aplikasi biomedis potensial lainnya. "Kita bisa, misalnya, memiliki sistem pengiriman obat biner di mana kita memiliki prodrug dalam beberapa kompartemen dan aktivator, seperti enzim, di kompartemen lainnya," jelas Bayley. "Ketika mereka mencapai target, mereka bercampur dan obat dihasilkan pada target. Ini akan sangat berguna untuk jangka pendek, efektor reaktif yang ditemukan di tubuh tetapi tidak dapat dimasukkan ke dalam pil atau infus. "

Apa yang baru: Tim Oxford sebelumnya telah mencetak 3-D, bahan jaringan-seperti dari tetesan lipid-terbungkus, dan kelompok-kelompok lainnya telah membuat kemajuan ke arah menggunakan in vitro transkripsi dan translasi sistem untuk membuat protein dalam satu atau beberapa sel sintetis.

"Apa yang kami telah tambahkan di atas ini adalah kontrol cahaya," kata rekan penulis studi Michael Booth, Postdoc di laboratorium Bayley ini yang memimpin penelitian, "dan kami telah menunjukkan bahwa Anda dapat menghubungkan sel-sel sintetis atau kompartemen bersama-sama untuk memiliki komunikasi antara lebih dari dua. "

Dalam rangka membuat materi, Booth juga harus merancang resep tetesan baru, seperti tetesan sebelumnya yang menjadi tidak stabil dengan penambahan mesin molekul yang diperlukan untuk protein sintesis (mereka akan meledak atau sekering daripada bentuk jaringan). Booth diujicobakan banyak komposisi lipid untuk menemukan satu yang memungkinkan pori sintesis tetap stabil. "Itu bukan sesuatu yang super-mudah," kata Mansy. "Menemukan formulasi yang tidak baik sangat berguna."

Perlu perbaikan: Saat ini, sel-sel sintetis hanya berkomunikasi dengan sel sintetis lainnya. "Mereka bisa melakukan banyak hal yang indah dan itu adalah teknologi dasar yang besar," kata Mansy, "tapi aku hanya akan senang untuk dapat melihat interaksi dengan sel-sel hidup."

Ada beberapa rintangan untuk mengatasi untuk mencapai tujuan itu. Pertama, sistem saat ini bekerja di lingkungan berminyak, daripada lingkungan berair, yang "bisa menjadi masalah untuk berinteraksi dengan jaringan seluler," tulis Mann. Menerjemahkan teknik dalam konteks berair adalah bagian dari fokus tim saat ini. "Telah terbukti sebelumnya bahwa Anda bisa mendapatkan kompartemen ini menjadi stabil dalam larutan air massal," kata Booth, "sehingga memungkinkan untuk bergerak ke arah itu."

Dan karena setiap tetesan dikelilingi oleh satu lapisan lipid (bukan bilayer seperti sel-sel hidup), pori-pori protein yang dibuat untuk menghubungkan tetesan tidak akan menghubungkan sel sintetis untuk orang-orang yang hidup. Dengan pemikiran ini, kata Bayley, "kami juga telah bekerja untuk menghubungkan materi ini langsung ke jaringan alami dengan menggunakan rekayasa pori-pori protein yang dapat menjangkau dua bilayers lipid."

Akhirnya, para peneliti berencana untuk meningkatkan kompleksitas sistem, dengan memperluas "repertoar protein yang dapat dinyatakan dalam sel-sel sintetis dan jaringan untuk memberi kita fungsi lebih dari apa yang suda dimiliki," kata Booth. "Idenya adalah untuk membuat mereka lebih terkendali pada tahapan yang berbeda, apakah itu tahap DNA, tahap protein, atau bahkan sesudahnya."

M.J. Booth et al., “Light-activated communication in synthetic tissues,” Science Advances, 2:e1600056, 2016.

(sumber: newsscintist)