Izraeli kutatók parányi biomolekuláris komputert, „sejtorvost” fejlesztettek ki, amely képes a daganatos betegséges diagnosztizálására, és ennek ismeretében, szükség esetén, ellenlépések megtételére.


Izraeli kutatók biomolekuláris komputert fejlesztettek ki, amely in vitro (mesterséges körülmények között) képes a hírvivő RNS fajták megkülönböztetésére és válaszként olyan anyagok termelésére, amelyek befolyásolják a génexpressziót. (A génexpresszió a génben kódolt információ átírása hírvivő RNS-sé, illetve lefordítása fehérjévé - az információ először RNS-re íródik át, majd ez alapján elkészülhet a fehérje).

A nanokomputer méreteire jellemző, hogy egy mikroliterben egy trillió elfér belőle. Három alegységből, - egy azonosító bementből, sztochasztikus számító részből és egy kimeneti, termelő részből - áll. A konstrukció mesterséges DNS-szekvenciát és hasító enzimet tartalmaz. A kutatásról a Nature legfrissebb száma számolt be.

Tulajdonképpen egy „okos gyógyszerről” van szó, amely csak bizonyos körülmények fennállása esetén fejti ki hatását. A szervezetbe juttatott bioszámítógép először elkészíti a diagnózist, majd ennek ismeretében, ha szükséges, ellenlépéseket tesz.

A bioszámítógéppel lehetőség nyílhat a daganatos betegségek pontosabb diagnosztikájára, és a megfelelő időben - megfelelő helyen való védekezésre. Bár a „sejtorvos” gyakorlati alkalmazásáig még hosszú, több évtizedes út vezet, az izraeli kutatók találmánya mérföldkő: ez az első nanotechnológiai eszköz, amely segítségével – egyelőre mesterséges körülmények között - sikerült egy komplett terápiás egységet életre hívni.

Igen-nem

A bioszámítógép bemeneti, diagnosztikus egysége leegyszerűsített orvosi információk halmaza. A kísérletben a prosztata-, és tüdőrákban gyakran előforduló génexpressziós mintázatot választották diagnosztikus kritériumként. Például a prosztatatrákban a PPAP2B, GSTP1 génekről történő RNS átírás csökken (alulexpresszált), míg a PIM1 és HPN gének túlexpresszáltak.

A hírvivő RNS szállítja azokat az információkat, amelyek alapján aztán a DNS által kódolt fehérje létre jön. A diagnosztikus egység felismeri az adott génekről átíródott RNS darabokat.

A második egység a döntésmechanizmus legfontosabb lépcsője. Ez egy un. molekuláris automaton, amelynek „igen”, vagy „nem” állása lehet. Amennyiben a molekuláris indikátor jelen van (pl.: HPN-RNS megnövekedett szintje) az automaton pozitív állásba kerül. Minden egyes indikátor megfeleltetésével létrejön a pozitív diagnózis.

Ha bármelyik RNS szintje nem felel meg a molekuláris diagnosztikai beállításnak, negatív a diagnózis. A példamodell tehát a következő esetben állít fel pozitív prosztatarák-diagnózist: PPAP2B ↓ GSTP1 ↓ PIM1↑ HPN ↑ .

Finomhangolás

A működés alapját az képezi, hogy egy adott indikátor jelenlétében a hozzátartozó pozitív tranzíció valószínűsége megnő, ez alapján viszont kitűnik az is, hogy nem diszkrét, hanem inkább folyamatos paraméterek alapján jut el a döntésig a rendszer.

Tehát a pozitív diagnózis a vizsgált valamennyi indikátor pozitív tranzíciójának a következménye. Egy adott indikátor esetében a negatív és pozitív átalakulások arányának külső beállítása a finombeállítást teszi lehetővé.

A kimeneti egység pozitív diagnózis esetén biológiailag aktív (pl.: gyógyszer) molekulát termel, míg negatív diagnóziskor drogszuppresszor (elnyomó) anyagot állít elő. Ez lehetőséget teremt az eljárás megbízhatósági szintjeinek beállítására is.

A kutatók egyrészt pozitív esetben gyógyszer-termelő, másrészt negatív diagnózis mellett gyógyszerellenes hatású, szuppresszort kibocsátó típust kevertek össze. Ebből következően a végleges, aktuális gyógyszer koncentráció a két típus arányától is függ.

Orvos a testben

A termelő egység kettős szálú DNS-t termel, amely vagy a gyógyszert, vagy a gyógyszer-szuppresszort kódolja. A komputer aktiválódásával megfelelő helyen hasítás jön létre a DNS-szakaszon az adott indikátornak megfelelően.

Tehát minden „igen” tranzíciónál megrövidül a nukleinsavszál, pozitív diagnózis esetén végül felszabadul az egyszálú, aktív termék, amely az indikátor RNS-nek kiegészítő (antiszensz) szála. A termelt szál hozzákötődve a célmolekulához, nem engedi annak fehérjébe történő átírását, így elméletileg nem jön létre a tumorsejt fennmaradásához fehérje-mintázat.

Az eljárás potenciális előnye az, hogy egy „intelligens”, logikai rendszer hozza meg a diagnózis-terápia algoritmust, a környezet aktuális jellemzőinek molekuláris szintű figyelembevételével és plasztikus válaszkészséggel felruházva.