మౌస్ కణాలపై ‘సమూహ నియంత్రణ’ చూపడం ద్వారా, శాస్త్రవేత్తలు ఇంజనీరింగ్ కణజాలాల వైపు పురోగతి సాధిస్తారు

“ఈ కాగితం ఇంజనీరింగ్ సింథటిక్ కణజాలాల యొక్క మా పెద్ద చిత్ర లక్ష్యం వైపు పురోగతిని సూచిస్తుంది” అని USC యొక్క కెక్ స్కూల్ ఆఫ్ మెడిసిన్‌లో స్టెమ్ సెల్ బయాలజీ మరియు రీజెనరేటివ్ మెడిసిన్ మరియు బయోమెడికల్ ఇంజనీరింగ్ అసిస్టెంట్ ప్రొఫెసర్ మోర్సుట్ అన్నారు. “సింథటిక్ కణజాలాలు అంతులేని వైద్య అనువర్తనాలను కలిగి ఉంటాయి, సంభావ్య మందులు లేదా చికిత్సలను పరీక్షించడం నుండి రోగులకు అంటుకట్టుటలు లేదా మార్పిడిని అందించడం వరకు.”

ఈ అధ్యయనం రెండు రకాల మౌస్ కణాలను ఉపయోగించింది — కనెక్టివ్ టిష్యూ సెల్స్ మరియు స్టెమ్ సెల్స్ — సింథటిక్ సెల్యులార్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్ లేదా “జెనెటిక్ సర్క్యూట్”ని మోయడానికి ఇంజనీరింగ్ చేయబడింది. ఈ సర్క్యూట్ మోర్సట్ అభివృద్ధి చేసిన “సిన్‌నాచ్” అని పిలువబడే దాని ఆధారంగా రూపొందించబడింది, ఇది శాస్త్రవేత్తలు జన్యుపరంగా ఒక సెల్‌లోకి ఇంజనీర్ చేసి “సెన్సార్”గా పని చేస్తారు. సెల్ ఉపరితలంపై ఉన్న, ఈ ప్రోటీన్-ఆధారిత సెన్సార్ బాహ్య సిగ్నల్‌ను గుర్తిస్తుంది, ఇది సెల్‌ను ప్రతిస్పందించడానికి ట్రిగ్గర్ చేస్తుంది — సాధారణంగా వినియోగదారు నిర్వచించిన జన్యువును ఆన్ చేయడం ద్వారా.

ఈ నిర్దిష్ట ప్రయోగాల శ్రేణి కోసం, శాస్త్రవేత్తలు గ్రీన్ ఫ్లోరోసెన్స్ మరియు సిగ్నల్‌ను మరింతగా ప్రచారం చేసే మార్గాన్ని కలిగి ఉన్న సర్క్యూట్‌ను ఆన్ చేయడానికి synNotchని ఉపయోగించారు — ఇది ఏదైనా జన్యువును ఆన్ చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు. ఫ్లోరోసెన్స్ కణాలు నమూనాలను ఏర్పరుచుకున్నందున వాటిని గమనించడం సులభం చేసింది. ఉదాహరణకు, కణాల క్షేత్రంలో, శాస్త్రవేత్తలు కేంద్ర బిందువు నుండి వెలువడే ఆకుపచ్చ ఫ్లోరోసెంట్ రింగుల నమూనాను సృష్టించవచ్చు.

ఊహించని ఆవిష్కరణ

ఈ ప్రయోగాలను నిర్వహిస్తున్నప్పుడు, మోర్సుట్ ల్యాబ్‌లోని పోస్ట్‌డాక్ సహ-మొదటి రచయిత మార్కో శాంటోరెల్లి, జన్యుపరంగా ఒకేలాంటి కణాలు ఎల్లప్పుడూ ఒకే నమూనాలను ఉత్పత్తి చేయవని గమనించారు.

“మేము వేర్వేరు సంఖ్యలలో జన్యుపరంగా ఒకేలాంటి కణాలతో ప్రారంభించినప్పుడు నమూనా యొక్క విభిన్న ఫలితాలను చూస్తాము” అని మోర్సుట్ చెప్పారు. “కాబట్టి అది మొదట్లో అయోమయంగా ఉంది. మార్కో వచ్చి ఒకసారి ప్రయోగం పని చేసిందని నాకు గుర్తుంది, కానీ ప్లేట్‌లో సగం మాత్రమే. మరియు మేము దానిని మరింత జాగ్రత్తగా చూసినప్పుడు, సెల్ యొక్క గ్రేడియంట్ ఉన్నట్లు చూడటం ప్రారంభించాము. నమూనాలో వ్యత్యాసాలతో పరస్పర సంబంధం ఉన్నట్లు అనిపించిన సాంద్రత.”

నిర్దిష్ట సెల్ సాంద్రత కంటే ఎక్కువ, synNotch బలహీనమైన ప్రభావాన్ని చూపింది మరియు అదే నమూనాలను ఉత్పత్తి చేయలేదు. విషయాలను మరింత క్లిష్టతరం చేస్తుంది, కణాల సాంద్రత నిరంతరం మారుతూ ఉంటుంది — synNotch జెనెటిక్ సర్క్యూట్‌తో సంక్లిష్ట మార్గాల్లో సంకర్షణ చెందుతుంది.

ఇది గణించబడుతుందా?

సహ-మొదటి రచయిత ప్రణవ్ S. భమిడిపాటి, USC-కాల్టెక్ MD-PhD ప్రోగ్రామ్‌లో అభ్యర్థి, అతను మోర్సట్ మరియు థామ్సన్ ల్యాబ్‌ల రెండింటిలోనూ సభ్యుడు, ఈ సంక్లిష్టమైన మరియు డైనమిక్ సెల్ ప్రవర్తనను అంచనా వేయగల మరియు స్పష్టం చేయగల గణన నమూనాను రూపొందించడంలో ఆసక్తి కనబరిచాడు. .

“నాకు, గణన మోడలింగ్ కణాలలో వాస్తవంగా ఏమి జరుగుతుందో వంటి ప్రవర్తనలను అంచనా వేయగలిగిన నా జీవితంలో ఇదే మొదటిసారి” అని కాల్టెక్‌లో గణన జీవశాస్త్రంలో అసిస్టెంట్ ప్రొఫెసర్ మరియు పరిశోధకుడిగా ఉన్న థామ్సన్ అన్నారు. హెరిటేజ్ మెడికల్ రీసెర్చ్ ఇన్‌స్టిట్యూట్‌తో. “ఇక్కడ, సెల్ సాంద్రత, విస్తరణ రేటు, సిగ్నలింగ్ మరియు ఈ విభిన్న విషయాలన్నీ ఎలా కుట్ర చేస్తాయో ఆలోచించడానికి ఇది మాకు మార్గనిర్దేశం చేసింది.”

మోర్సుట్ జోడించారు: “సాధ్యమైన విభిన్న నమూనాలు ఏమిటి మరియు ఒకదాని నుండి మరొకదానికి ఎలా వెళ్లాలి అనే దాని గురించి నిజంగా అన్వేషించడానికి మరియు అర్థం చేసుకోవడానికి మేము గణన నమూనాను కలిగి ఉన్నందుకు మేము సంతోషిస్తున్నాము.”

గణన నమూనా ద్వారా మార్గనిర్దేశం చేయబడి, శాస్త్రవేత్తలు నిర్దిష్ట సమయ ఫ్రేమ్‌లలో అభివృద్ధి చేయబడిన వివిధ రకాల ఊహాజనిత ఫ్లోరోసెంట్ నమూనాలను రూపొందించడానికి సెల్ సాంద్రతను ఉపయోగించగలిగారు.

కొంచెం దట్టంగా ఉన్నా ఫర్వాలేదు

కణ సాంద్రత ఈ ప్రభావాలను ఎలా చూపుతుందో అర్థం చేసుకోవడానికి, సహ-మొదటి రచయిత జోస్క్విన్ కోర్టే, మోర్సుట్ ల్యాబ్‌లోని పోస్ట్‌డాక్, ఆశ్చర్యకరమైన ఆవిష్కరణను అందించిన ప్రయోగాల శ్రేణిని నిర్వహించారు. గ్రేటర్ సెల్ డెన్సిటీ ఒత్తిడిని ప్రేరేపిస్తుంది, ఇది ప్రత్యేకంగా synNotch మాత్రమే కాకుండా సాధారణంగా సెల్ ఉపరితల సెన్సార్‌లను కూడా త్వరగా విచ్ఛిన్నం చేస్తుంది.

దీని అర్థం కణ సాంద్రత అనేది విస్తారమైన నిర్మాణాలు, కణజాలాలు మరియు అవయవాలను నిర్మించడానికి ఇంజనీరింగ్ మరియు సహజంగా సంభవించే కణాలకు మార్గనిర్దేశం చేయడానికి విస్తృతంగా వర్తించే సాధనం.

“బహుకణ నిర్మాణాలు, కణజాలాలు మరియు అవయవాల యొక్క విశేషమైన వైవిధ్యాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి జన్యు సర్క్యూట్‌లతో కలిసి ప్రకృతి కణ సాంద్రతపై ఆధారపడింది” అని మోర్సుట్ చెప్పారు. “ఇప్పుడు మేము పునరుత్పత్తి ఔషధం కోసం సింథటిక్ బహుళ సెల్యులార్ నిర్మాణాలను – మరియు చివరికి కణజాలాలు మరియు అవయవాలను నిర్మించడానికి మా ప్రయత్నాలను ముందుకు తీసుకెళ్లడానికి ఇదే వ్యూహాన్ని సహ-ఆప్ట్ చేయవచ్చు.”