(PhysOrg.com) - I framtiden, datorer i nanostorlek implanterade i människokroppen kan autonomt söka efter sjukdomsindikatorer, diagnostisera sjukdomar, och kontrollera frisättningen av lämpliga läkemedel. Även om detta scenario fortfarande är flera decennier bort, forskare har gjort betydande framsteg i utvecklingen av tidiga typer av biomolekylära datorer.

I en ny studie publicerad i Nano bokstäver , Datavetenskapsprofessor Ehud Shapiro och medförfattare från Weizmann Institute of Science i Rehovot, Israel, har utvecklat en biomolekylär dator som autonomt kan känna av många olika typer av molekyler samtidigt. I framtiden, denna avkänningsförmåga kan integreras med en stor biomedicinsk kunskap om sjukdomar så att datorer kan bestämma vilka läkemedel som ska släppas.

”Vi ser för oss nanometerstora datoranordningar (gjorda av biomolekyler) för att ströva omkring i våra kroppar på jakt efter sjukdomar i deras tidiga skede, ”Berättade medförfattaren Binyamin Gil från Weizmann Institute of Science PhysOrg.com . "Dessa enheter skulle ha förmågan att känna av sjukdomsindikatorer, diagnostisera sjukdomen, och behandla det genom att administrera eller aktivera en terapeutisk biomolekyl. De kan levereras till blodomloppet eller fungera inuti celler i ett specifikt organ eller vävnad och ges som en förebyggande vård. ”

Utvecklingen bygger på forskarnas tidigare demonstration av en biomolekylär dator som består av ett tvåstatssystem som består av biologiska komponenter (DNA och ett restriktionsenzym). Datorn, som fungerar in vitro, utgår från Ja -tillståndet. I varje beräkningssteg, datorn kontrollerar en sjukdomsindikator. Om alla indikatorer för den testade sjukdomen finns, beräkningen slutar i Ja -tillståndet, det gör nämligen en positiv diagnos; om minst en sjukdomsindikator inte upptäcks, det slutar i nej -tillståndet.

Tidigare, Shapiros grupp visade att denna biomolekylära dator kunde upptäcka sjukdomsindikatorer från mRNA -uttrycksnivåer och mutationer. I den aktuella studien, forskarna har utökat datorns förmåga att även upptäcka sjukdomsindikatorer från miRNA, proteiner, och små molekyler såsom ATP. På samma gång, datorns identifieringsmetod är enklare än tidigare, kräver färre komponenter och färre interaktioner med sjukdomsindikatorerna.

Som forskarna förklarar, att känna av en kombination av flera sjukdomsindikatorer är mycket mer användbart än att bara känna en, eftersom det möjliggör bättre noggrannhet och större känslighet för skillnader mellan sjukdomar. Till exempel, de noterar att vid sköldkörtelcancer, närvaron av proteinet tyroglobulin och hormonet kalcitonin kan möjliggöra en mycket mer tillförlitlig diagnos än om bara en av dessa sjukdomsindikatorer upptäcktes.

Även om förmågan att upptäcka flera sjukdomsindikatorer markerar ett viktigt steg mot in vivo biomolekylära datorer och programmerbara läkemedel, det finns fortfarande många hinder som forskare måste övervinna i processen.

”Den största utmaningen är att driva sådana enheter i en omgivning som blodströmmen eller cellens cytoplasma, ”Sa Gil. "För närvarande utvecklar vi enheter som förlitar sig på enklare maskiner (t.ex. inget restriktionsenzym) eller på cellens egna maskiner."

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivet eller omfördelat helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.