我們曾經(jīng)想過擁有一個比天生器官更勤力工作的“超級器官”嗎?比如“超級肝臟”等。插入人體干細胞內(nèi)的合成DNA電路或許很快能讓我們以前所未有的精度和速度打造出一個新器官。這一合成電路可以在計算機上設計并使用從網(wǎng)上訂購的零件組裝而成。科學家們表示，這一技術能讓我們方便快捷地制造出供移植的身體器官，而且，這些器官在移植進入人體時也不會發(fā)生排異反應。
另外，這一技術也讓我們滿懷憧憬：或許某一天，我們也能借助這一技術對我們天生擁有的器官進行升級換代。英國倫敦大學學院的再生醫(yī)學教授克里斯·梅森表示：“未來，我們希望能增強細胞的功能，得到‘超級器官’。”美國麻省理工學院的合成生物學家帕特里克·古冶領導的研究團隊也在對這一新方法進行精耕細作。近日《新科學家》網(wǎng)站對此進行了報道。
人造DNA電路控制細胞發(fā)育
除了精子和卵子細胞，我們所有的細胞都包含有完全一樣的遺傳指令。這些細胞最終會發(fā)育成不同類型的細胞是因為“表觀遺傳”開關打開和關閉基因。科學家們表示，通過對這一機制進行操控，我們可以讓成人細胞“倒帶”，讓其回到類似于胚胎的狀態(tài)并使它們發(fā)育成身體的不同組織。為了將誘導多能干細胞(iPS)變成特定類型的身體器官，科學家們一般將其放入DNA和信號分子組成的“湯”中。這些DNA和信號分子會進入細胞內(nèi)并對某些“表觀遺傳”開關進行操控。打開或者關閉什么基因取決于“湯”中的成分。梅森表示：“問題在于，有成千上萬個這樣的開關，而且，每個開關都需要正確的設置方式。”
另一個“攔路虎”是：“湯”中的所有細胞受到的影響都一樣，因此，會發(fā)育成同類型的身體組織。不過，一塊肝臟組織同一塊起作用的肝臟并不一樣。古冶表示，對諸如心臟這樣復雜的身體組織來說，這一點更加明顯。因此，更有用的一種辦法將是一套每個干細胞在其發(fā)育過程中都能遵守的指令指南。古冶團隊的方法正是基于這一點。他們通過查看神經(jīng)細胞和肝臟細胞在整個自然的胚胎發(fā)育過程中會發(fā)生什么情況(哪個基因被打開以及什么時候被打開)開始了他們的研究，接著，他們設計并制造出了人造DNA控制電路以便在iPS細胞中復制這一開關過程。
他們使用標準的DNA零件(比如為不同的蛋白質(zhì)編碼的序列—這些序列可以從網(wǎng)上獲得)和新合成的遺傳物質(zhì)的組合制造出了這樣的電路，然后，他們使用化學方法將這些電路插入數(shù)以千計的iPS細胞內(nèi)。古冶表示：“你將其組裝成一個大的邏輯電路，然后放入細胞內(nèi)，它會與自然細胞相互作用。我們并沒有替換任何事物，我們只是在表面放置了一個控制層。”一旦這些電路進入細胞內(nèi)部，它們就開始起作用。古冶說：“我們的核心理念是：電路的自動化程度很高。”它能夠檢測活動(諸如細胞內(nèi)的遺傳表達的情況)并做出反應。例如，當電路探測到一個iPS細胞已變成一個前體細胞時，它會啟動下一步的發(fā)育過程。
