Il confine tra materiali artificiali e viventi si fa sempre più sfumato grazie a una nuova svolta nella biologia sintetica. Ricercatori dell’Università della Carolina del Nord a Chapel Hill hanno creato cellule sintetiche che si comportano come cellule vive, ma con un twist. Possono essere riprogrammate per eseguire molteplici funzioni e operare in condizioni che sarebbero proibitive per le cellule naturali. Il segreto? Citoscheleletri sintetici auto-assemblanti, costruiti con DNA e proteine.
DNA come materiale da costruzione
Nelle cellule naturali, il citoscheletro fornisce struttura e stabilità, proteggendo gli altri componenti cellulari. A seconda del tipo di cellula, questo citoscheletro può essere più o meno flessibile e rispondere in modi diversi all’ambiente circostante, conferendo alle cellule le loro abilità specializzate.
Ma il DNA normalmente non fa parte del citoscheletro. I ricercatori hanno dovuto riprogrammare sequenze di DNA per farle agire come un materiale architettonico, legando insieme i peptidi. “Abbiamo riprogrammato sequenze di DNA in modo che agissero come materiale architettonico, legando insieme i peptidi”, spiega Ronit Freeman, autrice principale dello studio che vi linko qui.
Una volta posizionato questo materiale programmato in una goccia d’acqua, le strutture hanno preso forma.
Cellule sintetiche multifunzione
La capacità di programmare il DNA per auto-assemblarsi in modi diversi, come detto, ha permesso ai ricercatori di creare cellule sintetiche con funzioni differenti. E non sono bloccate in un solo scopo: cambiando la temperatura della soluzione, si possono innescare diverse configurazioni. Combinando diversi peptidi o sequenze di DNA, si possono ottenere tessuti programmabili su scala più ampia, afferma il team.
Sebbene non siano complesse come le cellule vive, queste cellule sintetiche sono più facili da manipolare e possono funzionare in condizioni che le cellule naturali non potrebbero sopportare.
Le cellule sintetiche erano stabili anche a 50 °C, aprendo la possibilità di produrre cellule con capacità straordinarie in ambienti normalmente inadatti alla vita umana.
Ronit Freeman, University of North Carolina
Verso nuove frontiere della medicina
Integrate con altre tecnologie di cellule sintetiche, queste cellule programmabili potrebbero trovare applicazione in svariati campi, dalla medicina rigenerativa ai sistemi di somministrazione di farmaci, passando per strumenti diagnostici.
Immaginate, ad esempio, cellule sintetiche progettate per riparare tessuti danneggiati, in grado di adattarsi alle condizioni locali e di eseguire molteplici compiti, dalla stimolazione della crescita cellulare alla soppressione dell’infiammazione. O ancora, cellule artificiali caricate con farmaci, in grado di raggiungere siti specifici nell’organismo e di rilasciare il loro “carico” in modo controllato e mirato.
Ancora: fabbriche cellulari sintetiche in grado di produrre composti chimici o materiali su misura, o cellule artificiali progettate per depurare l’acqua o l’aria da contaminanti. Tessuti sintetici in grado di auto-ripararsi o di adattarsi a stimoli esterni. L’elenco potrebbe continuare a lungo.
Cellule sintetiche, un passo avanti nella biologia
Questo studio rappresenta un significativo passo avanti nel campo della biologia sintetica, una disciplina che mira a creare sistemi biologici artificiali con capacità nuove o migliorate rispetto a quelli naturali.
Finora, gran parte degli sforzi in questo campo si era concentrata sulla creazione di circuiti genetici sintetici all’interno di cellule vive, riprogrammando il loro DNA per farle eseguire funzioni desiderate. Ma l’approccio di Freeman e colleghi va oltre, creando cellule interamente sintetiche da zero, con citoscheleletri auto-assemblanti che possono essere programmati a piacimento.
Certo, siamo ancora lontani da questi scenari futuristici. Le cellule sintetiche create da Freeman e colleghi sono ancora relativamente semplici rispetto alle loro controparti naturali, e molto lavoro resta da fare per aumentarne la complessità e le capacità. Questa ricerca, però, getta le basi per un futuro in cui il confine tra biologico e sintetico si fa sempre più sfumato. Un futuro in cui le cellule sintetiche lavorano al fianco o addirittura superano quelle naturali, aprendo la strada a tecnologie e applicazioni finora impensabili.
