2023 מְחַבֵּר: Bailey Leapman | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-20 22:47
BERKELEY, CA - לא, "Studinger ligation" הוא לא מותחן רוברט לודום האחרון; זוהי תגובה כימית חדשה בארסנל הולך וגדל של טכניקות הנדסת תאים שפותחה על ידי קרולין ברטוזי מהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי של משרד האנרגיה, חלוצה בשינוי פני השטח של תאים חיים.
עם תלמידתה אליאנה סכסון, ברטוזי, חברה בחטיבות מדעי החומרים והביו-פיזיקליות של מעבדת ברקלי ופרופסור חבר לכימיה באוניברסיטת קליפורניה בברקלי, מתארת את קשירת סטאודינגר בגיליון 17 במרץ של מגזין Science.
Bertozzi ועמיתיה הנדסו תאים אנושיים כדי להציג סמנים על אוליגוסכרידים, הסוכרים הטבעיים המורכבים שגודשים את פני התאים. באמצעות קשירה עם ריאגנטים ספציפיים, הסמנים מספקים דרכים חדשות לתיוג תאים כמטרות לטיפול בסרטן; הדבקת תאים לחומרים לא ביולוגיים כגון שתלים רפואיים; יצירת קולטנים חדשים להעברת גנים בתיווך ויראלי; ופונקציות אחרות.
בניגוד לסמני הקטון שפיתח ברטוצי קודם לכן, שעלולים להיתקל בהפרעות ממטבוליטים טבעיים של קטון בתוך התא, קשירת Staudinger החדשה מניבה סמני אזיד המגיבים אך ורק עם קבוצות לא ביולוגיות. מכיוון שאזידים (מחלקה של תרכובות עם שלושה אטומי חנקן) אינם מגיבים עם מולקולות ביולוגיות אחרות מחוץ לתא או בתוך התא, יש להם הבטחה להנדסת פנים התא כמו גם פני השטח שלו.
"בכל הנדסה סלולרית, אופי הכימיה הוא המפתח", אומר ברטוזי."אנחנו צריכים תגובות יציבות בסביבה מימית בטמפרטורת גוף, שהן מאוד סלקטיביות, ושלא יפריעו לתהליכים נורמליים של תאים או זה לזה - זה מה שאנחנו מכנים 'אורתוגונלי' לרכיבים התאיים. זה אומר שאנחנו צריך ליצור תגובות חדשות."
ברטוזי נזכר ב"אחת התגובות האהובות עלי מכיתת כימיה לתואר ראשון, התגובה של Staudinger - היא סלקטיבית בצורה מדהימה".
על שם הכימאי הסינטטי-אורגני הגרמני הרמן שטאודינגר, שזכה בפרס נובל ב-1953 על עבודתו החלוצית בכימיה פולימר, התגובה של שטאודינגר מתרחשת בין אזיד לפוספין, מולקולה המכילה אטום זרחן. האזיד משיל שני אטומי חנקן, ונוצרת תרכובת הנקראת אזה-יליד.
במבט ראשון, התגובה הזו נראית אידיאלית להנדסת תאים: לא פוספינים ולא אזידים מגיבים עם מולקולות ביולוגיות, אבל הם מגיבים במהירות וביעילות גבוהה זה עם זה, במים ובטמפרטורת החדר.לרוע המזל, אזה-ילידים שנוצרו מתפרקים במים כמעט באותה קלות כפי שהם נוצרים.
"שאלנו את עצמנו אם נוכל ליצור סוג אחר של אזה-יליד שהפך לאדוקט יציב. סטאודינגר היה אוהב את האתגר!" ברטוזי וסכסון הוסיפו לפוספין מלכודת פחמימות רעב לאלקטרונים, שמתחברת לאזא-יליד העשיר באלקטרונים ומונעת ממנו להתפרק במים, ובעקבות זאת מניבה קשר אמיד יציב.
הטכניקה עבדה היטב על ספסל המעבדה, אבל, אומר ברטוזי, "משטח התא הוא הרבה יותר תובעני מהמבחנה. עכשיו היינו צריכים למצוא דרך להתקין אזידים על תאים."
חלקית בגלל שאזידים הם קבוצות פונקציונליות קטנות, הם משולבים בקלות בשאריות חומצה סיאלית, סוכרים שהם מרכיבים של כמה אוליגוסכרידים על פני השטח של התא. כאשר Bertozzi ו-Saxon האכילו תאים מתורבתים עם מבשר חומצה סיאלית המכיל את קבוצת האזידים, התאים ייצרו אוליגוסכרידים המכילים אזיד בשפע והציגו אותם על פני השטח שלהם.
לאחר מכן נעשה שימוש בפוספין מסיס במים כדי לתייג בדיקות פלורסנט כדי לחפש את סמני האזיד. כאשר הורשו בדיקות כימיות אלו לקיים אינטראקציה עם התאים המטופלים, התאים הפכו לניאון אינטנסיבי - הפוספינים מצאו את האזידים.
"פיתחנו תגובה שימושית המבוססת על מנדט ביולוגי: שהסמנים והריאגנטים החדשים חייבים להיות אביוטיים ולא מזיקים לתאים", אומר ברטוזי. תאים שטופלו שהותרבו במשך מספר ימים לא הראו שינוי בקצב הגדילה, מה שמצביע על כך שלא הסוכרים המלאכותיים ולא החיבור של הבדיקות השפיעו על כדאיות התא.
מכיוון ש"קשירת Staudinger", שנקראה על ידי Bertozzi על שם התגובה הקלאסית שהעניקה לו השראה, עשויה להיות שימושית לתיוג רכיבים של פנים התא - כגון חומצות אמינו שמהן מורכבים חלבונים - אינטראקציות שלא נצפו בעבר בתא עשוי להפוך לנגיש. "זה נותן לנו דרך חדשה להנדסת כימיה של תאים.התא הוא עכשיו פחות מקופסה שחורה."
"Cell Surface Engineering By a Modified Staudinger Reaction", מאת Eliana Saxon ו-Carolyn R. Bertozzi, מופיע בגיליון 17 במרץ 2000 של כתב העת Science.
מעבדת ברקלי היא מעבדה לאומית של משרד האנרגיה של ארה"ב הממוקמת בברקלי, קליפורניה. הוא עורך מחקר מדעי לא מסווג ומנוהל על ידי אוניברסיטת קליפורניה.
