Forskere udvikler fagocytiske protoceller, der er i stand til målrettet levering af enzymer

Forskere ved University of Bristol har designet et fællesskab af kunstige cellelignende dråber, der tilsammen viser en simpel form for fagocytoseadfærd. Værket giver en ny tilgang til at designe komplekse livlignende egenskaber i ikke-levende materialer.

Kemikerne har gjort et stort fremskridt i konstruktionen af ​​syntetiske samfund af kunstige celler, der er i stand til at efterligne fagocytose - en kompleks biologisk proces, der ses i levende celler, der muliggør indtagelse af fremmed materiale af visse celletyper. Arbejdet, udgivet i Naturmaterialer , har potentielle anvendelser lige fra mikrofluidik til levering af enzymer til rumligt kontrollerede reaktioner eller til fjernelse af farlige forurenende stoffer.

I det nye værk, forskerne ledet af professor Stephen Mann sammen med kollegerne Dr Mei Li, Dr. Laura Rodriquez-Arco ved Bristol's School of Chemistry og Bristol Center for Protolife Research, designet et protocellesamfund bestående af en blanding af to forskellige typer af nanopartikelbelagte vandige mikrodråber, der tilsammen udviser en simpel form for kunstig fagocytose. Dråberne er enten små og omgivet af en semipermeabel tværbundet silicamembran (kolloidosomer), eller stor og omsluttet af en porøs ikke-tværbundet jernoxidskal (magnetiske emulsionsdråber). Når de to typer protoceller blandes sammen i olie, de gennemgår sammenstød, men interagerer ikke. Imidlertid, hvis en fedtsyre tilsættes til olien, udvikler de magnetiske emulsionsdråber en åbning i deres jernoxidskal, hvorigennem de mindre kolloidosomer indtages, når protocellerne kommer i kontakt. Som resultat, kolloidosomerne fanges og forbliver fanget i det vandfyldte indre af de større protoceller.

Ved at bruge denne spontane opslugningsproces, enzymer fanget i kolloidosomerne kan overføres til de magnetiske emulsionsdråber for at udløse specifikke kemiske reaktioner, selvom enzymerne forbliver placeret i de indtagne kolloidosomer. Alternativt ved at bruge ikke-tværbundne kolloidosomer, enzymer og andre nyttelaster såsom polymerperler kan frigives til de større emulsionsdråber efter fagocytose ved spontan adskillelse af silicananopartikelmembranen.

Professor Stephen Mann sagde:"Vores langsigtede mål er at bygge videre på dette seneste arbejde ved at udvikle en portefølje af protocelleadfærd, der efterligner komplekse livlignende egenskaber lige fra kunstig fagocytose, predation og kemisk kommunikation med applikationer, der kan bruges til at rense forurenende stoffer, opbevare og frigive stoffer, overvåge kemiske reaktioner, og tjene som modeller for livets oprindelse."