Revolutionäre Baukasten-Technologie könnte medizinische Behandlungen transformieren

An der Rice University in Texas, USA, arbeiten Bioingenieure an einem innovativen "Baukasten" zur Erstellung synthetischer Sinn-und-Reaktions-Schaltkreise in menschlichen Zellen. Dieses ambitionierte Projekt zielt darauf ab, Behandlungen für Krankheiten wie Krebs und Autoimmunerkrankungen grundlegend zu verändern. Der Baukasten stützt sich auf Phosphorylierung, einen in Zellen wesentlichen Prozess, der externe Signale in Aktionen wie Bewegung oder Genexpression umsetzt. In der Welt der Vielzeller löst Phosphorylierung eine Kaskade von Reaktionen aus, die wie eine Reihe umfallender Dominosteine wirkt. Frühere Versuche, dies für therapeutische Zwecke in menschlichen Zellen zu nutzen, scheiterten oft an der Komplexität der natürlichen Signalwege. Das Team aus Texas sieht jeden Schritt der Kaskade als Baustein, der sich neu arrangieren lässt, um innovative Wege zu schaffen, die zelluläre Eingaben mit Ausgaben verknüpfen. Die Herausforderung bestand darin, Regeln für die Konstruktion, Verbindung und Feinabstimmung dieser Einheiten festzulegen, einschließlich der Gestaltung von Ausgaben innerhalb und außerhalb der Zelle. Erfreulich ist, dass dieses modulare Verfahren schwache Signale verstärken konnte, um beträchtliche Ausgaben zu erzeugen. Ein herausragender Vorteil des neuartigen Schaltkreises ist die Geschwindigkeit, mit der Phosphorylierung abläuft. Innerhalb von Sekunden bis Minuten können die synthetischen Schaltungen auf physiologische Veränderungen reagieren. Dies steht in deutlichem Gegensatz zu transkriptionsbasierten Ansätzen, deren Aktivierung Stunden in Anspruch nehmen kann. Das Team testete die Schaltungen auf ihre Empfindlichkeit und Reaktionsfähigkeit gegenüber externen Signalen, darunter entzündungsfördernde Faktoren. Als praktischer Anwendungsfall wurde ein Schaltkreis entwickelt, der solche Faktoren erkennen kann und damit eine Methode zur Bewältigung von Autoimmunreaktionen und zur Minderung von Toxizität bei der Immuntherapie bietet. Caleb Bashor, stellvertretender Direktor des Rice Synthetic Biology Institute, betonte: "Dies eröffnet einen dramatisch erweiterten Gestaltungshorizont für Signal-Schaltkreise. Phosphorylierungszyklen sind nicht nur miteinander verknüpft, sondern auch miteinander verbindbar – das zu erreichen, war bislang nicht mit dieser Raffinesse möglich."