Dans une nouvelle étude publiée dans Nature Chemistry , Ronit Freeman, chercheuse à l'UNC-Chapel Hill, et ses collègues décrivent les étapes qu'ils ont suivies pour manipuler l'ADN et les protéines, éléments constitutifs essentiels de la vie, afin de créer des cellules qui ressemblent et agissent comme des cellules du corps. Cette réalisation, une première dans le domaine, a des implications pour les efforts en matière de médecine régénérative, de systèmes d'administration de médicaments et d'outils de diagnostic.

"Avec cette découverte, nous pouvons penser à des tissus techniques ou à des tissus qui peuvent être sensibles aux changements de leur environnement et se comporter de manière dynamique", explique Freeman, dont le laboratoire se trouve au département des sciences physiques appliquées du Collège des arts et des sciences de l'UNC.

Les cellules et les tissus sont constitués de protéines qui s’assemblent pour accomplir des tâches et créer des structures. Les protéines sont essentielles à la formation de la structure d’une cellule, appelée cytosquelette. Sans cela, les cellules ne pourraient pas fonctionner. Le cytosquelette permet aux cellules d'être flexibles, à la fois dans leur forme et en réponse à leur environnement.

Sans utiliser de protéines naturelles, le Freeman Lab a construit des cellules dotées de cytosquelettes fonctionnels capables de changer de forme et de réagir à leur environnement. Pour ce faire, ils ont utilisé une nouvelle technologie programmable peptide-ADN qui dirige les peptides, les éléments constitutifs des protéines, et le matériel génétique réutilisé pour travailler ensemble pour former un cytosquelette.

"L'ADN n'apparaît normalement pas dans un cytosquelette", explique Freeman. "Nous avons reprogrammé des séquences d'ADN pour qu'elles agissent comme un matériau architectural, liant les peptides entre eux. Une fois ce matériau programmé placé dans une gouttelette d'eau, les structures ont pris forme."

La capacité de programmer l'ADN de cette manière signifie que les scientifiques peuvent créer des cellules pour remplir des fonctions spécifiques et même affiner la réponse d'une cellule aux facteurs de stress externes. Bien que les cellules vivantes soient plus complexes que les cellules synthétiques créées par le Freeman Lab, elles sont également plus imprévisibles et plus sensibles aux environnements hostiles, comme les températures extrêmes.

"Les cellules synthétiques étaient stables même à 122 degrés Fahrenheit, ouvrant la possibilité de fabriquer des cellules dotées de capacités extraordinaires dans des environnements normalement impropres à la vie humaine", explique Freeman.

Au lieu de créer des matériaux faits pour durer, Freeman affirme que leurs matériaux sont conçus pour remplir une fonction spécifique, puis se modifier pour remplir une nouvelle fonction. Leur application peut être personnalisée en ajoutant différentes conceptions de peptides ou d’ADN pour programmer les cellules dans des matériaux tels que des tissus ou des tissus. Ces nouveaux matériaux peuvent s'intégrer à d'autres technologies de cellules synthétiques, toutes avec des applications potentielles qui pourraient révolutionner des domaines comme la biotechnologie et la médecine.

"Cette recherche nous aide à comprendre ce qui fait la vie", explique Freeman. "Cette technologie cellulaire synthétique nous permettra non seulement de reproduire ce que fait la nature, mais également de fabriquer des matériaux qui surpassent la biologie."

Plus d'informations : Margaret L. Daly et al, Designer peptide-ADN cytosquelettes régulent la fonction des cellules synthétiques, Nature Chemistry (2024). DOI :10.1038/s41557-024-01509-w

Informations sur le journal : Chimie naturelle

Fourni par l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill