第一个用作电路的基于蛋白质的纳米计算代理是由宾夕法尼亚州立大学的研究人员创建的。这一里程碑使他们离开发下一代基于细胞的疗法来治疗糖尿病和癌症等疾病又近了一步。

传统的基于细胞的疗法的合成生物学方法，例如破坏癌细胞或促进损伤后组织再生的方法，依赖于在细胞内产生所需作用的蛋白质的表达或抑制。这种方法可能需要时间(蛋白质表达和降解)并在此过程中消耗细胞能量。宾夕法尼亚州立大学医学院和哈克生命科学研究所的研究人员正在采取不同的方法。

“我们正在设计直接产生所需作用的蛋白质，”G. Thomas Passananti教授兼药理学系研究副主席Nikolay Dokholyan说。“我们基于蛋白质的设备或纳米计算代理直接响应刺激(输入)，然后产生所需的动作(输出)。

在发表在《科学进展》上的一项研究中，Dokholyan和生物信息学和基因组学博士生Jiaxing Chen描述了他们创建纳米计算代理的方法。他们通过整合两个传感器域或对刺激做出反应的区域来设计目标蛋白。在这种情况下，目标蛋白通过调整其方向或空间位置来响应光和一种称为雷帕霉素的药物。

为了测试他们的设计，该团队将他们的工程蛋白引入培养的活细胞中。通过将培养的细胞暴露于刺激下，他们使用设备测量细胞暴露于传感器域刺激后细胞方向的变化。

以前，他们的纳米计算代理需要两个输入才能产生一个输出。现在，Chen说有两种可能的输出，输出取决于接收输入的顺序。如果首先检测到雷帕霉素，然后是光，则细胞将采用一个细胞取向角度，但如果以相反的顺序接收刺激，则细胞采用不同的取向角。Chen说，这种实验性的概念验证为开发更复杂的纳米计算代理打开了大门。

“从理论上讲，嵌入纳米计算代理的输入越多，不同组合可能导致的潜在结果就越多，”陈说。“潜在的输入可能包括物理或化学刺激，输出可能包括细胞行为的变化，如细胞方向，迁移，修饰基因表达和免疫细胞对癌细胞的细胞毒性。

该团队计划进一步开发他们的纳米计算代理，并尝试该技术的不同应用。宾夕法尼亚州立大学癌症研究所和宾夕法尼亚州立大学神经科学研究所的研究员Dokholyan表示，他们的概念有朝一日可能成为下一代基于细胞的疗法的基础，用于治疗各种疾病，如自身免疫性疾病，病毒感染，糖尿病，神经损伤和癌症。

宾夕法尼亚州立大学医学院的Yashavantha Vishweshwaraiah，Richard Mailman和Erdem Tabdanov也为这项研究做出了贡献。