"逻辑门"为治疗癌症和其他疾病的纳米级计算机铺平道路

创造纳米级计算机用于精准医疗一直是许多科学家和医疗机构的梦想。现在，宾夕法尼亚州立大学的研究人员首次制造出一种纳米计算剂，可以控制一种参与细胞运动和癌症转移的特定蛋白质的功能。这项研究为构建复杂的纳米级计算机以预防和治疗癌症和其他疾病铺平了道路。

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宾夕法尼亚州立大学医学院G. Thomas Passananti教授Nikolay Dokholyan和他的同事--包括宾夕法尼亚州立大学药理学博士后Yashavantha Vishweshwaraiah--创造了一个类似晶体管的"逻辑门"，这是一种计算操作，其中多个输入控制一个输出。

"我们的逻辑门只是你可以称之为细胞计算的开始，"他说，"但它是一个重要的里程碑，因为它展示了在蛋白质中嵌入条件操作并控制其功能的能力，Dokholyan说。"它将使我们对人类生物学和疾病有更深入的了解，并为开发精确治疗方法引入了可能性。"

该团队的逻辑门由两个传感器域组成，旨在对两个输入做出反应--光和药物雷帕霉素。该团队以蛋白质焦点粘附激酶（FAK）为目标，因为它参与了细胞粘附和运动，而这是转移性癌症发展的最初步骤。

Vishweshwaraiah说："首先，我们在编码FAK的基因中引入了一个对雷帕霉素敏感的结构域，称为uniRapr，实验室以前曾设计和研究过该结构域。接下来，我们引入了对光敏感的结构域LOV2。我们完成优化这两个结构域后，就把它们合并到一个最终的逻辑门设计中。"

该团队将修改后的基因插入HeLa癌细胞中，并使用共聚焦显微镜观察体外的细胞。他们研究了每个输入的影响，以及输入的综合影响，对细胞行为的影响。

他们发现，他们不仅能用光和雷帕霉素迅速激活FAK，而且这种激活导致细胞发生内部变化，增强其粘附能力，最终降低其运动能力。

研究结果今天（2021年11月16日）发表在《自然通讯》杂志上。

"我们首次表明可以在活细胞内建立一个能够控制细胞行为的功能性纳米计算剂，"Vishweshwaraiah说。"我们还发现了FAK蛋白的一些有趣的特征，例如当它被激活时在细胞中引发的变化。"

Dokholyan指出，该团队希望最终能在活体生物体内测试这些纳米计算剂。

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