Kunstige og biologiske celler arbejder sammen som minikemiske fabrikker

Forskere har fusioneret levende og ikke-levende celler for første gang på en måde, der giver dem mulighed for at arbejde sammen, baner vejen for nye applikationer.

Systemet, skabt af et team fra Imperial College London, indkapsler biologiske celler i en kunstig celle. Ved hjælp af dette, forskere kan udnytte biologiske cellers naturlige evne til at behandle kemikalier og samtidig beskytte dem mod miljøet.

Dette system kan føre til applikationer såsom cellulære 'batterier', der drives af fotosyntese, syntese af lægemidler inde i kroppen, og biologiske sensorer, der kan modstå barske forhold.

Tidligere kunstig celledesign har involveret at tage dele af biologiske cellemaskineri - f.eks. Enzymer, der understøtter kemiske reaktioner - og sætte dem i kunstige foringsrør. Den nye undersøgelse, udgivet i dag i Videnskabelige rapporter , går et skridt videre og indkapsler hele celler i kunstige hylstre.

De kunstige celler indeholder også enzymer, der arbejder sammen med den biologiske celle for at producere nye kemikalier. I proof-of-concept-eksperimentet de kunstige cellesystemer producerede et fluorescerende kemikalie, der tillod forskerne at bekræfte, at alt fungerede som forventet.

Lederforsker professor Oscar Ces, fra Institut for Kemi på Imperial, sagde:"Biologiske celler kan udføre ekstremt komplekse funktioner, men det kan være svært at kontrollere, når man forsøger at udnytte et aspekt. Kunstige celler kan lettere programmeres, men vi kan endnu ikke bygge meget kompleksitet ind.

"Vores nye system bygger bro mellem disse to tilgange ved at fusionere hele biologiske celler med kunstige, så begge maskiner arbejder sammen for at producere det, vi har brug for. Dette er et paradigmeskift i tankegangen om den måde, vi designer kunstige celler, hvilket vil hjælpe med at fremskynde forskning om applikationer inden for sundhedsvæsenet og videre. "

For at oprette systemet, teamet brugte mikrofluidik:at lede væsker gennem små kanaler. Brug af vand og olie, som ikke blandes, de var i stand til at lave dråber af en defineret størrelse, der indeholdt de biologiske celler og enzymer. De påførte derefter en kunstig belægning på dråberne for at give beskyttelse, skabe et kunstigt cellemiljø.

De testede disse kunstige celler i en opløsning med et højt indhold af kobber, som normalt er meget giftig for biologiske celler. Holdet var stadig i stand til at påvise fluorescerende kemikalier i størstedelen af ​​de kunstige celler, hvilket betyder, at de biologiske celler stadig var i live og fungerede indeni. Denne evne ville være nyttig i menneskekroppen, hvor det kunstige cellehus ville beskytte de fremmede biologiske celler mod angreb fra kroppens immunsystem.

Første forfatter til undersøgelsen Dr Yuval Elani, en EPSRC -stipendiat også fra Institut for Kemi, sagde:"Systemet, vi har designet, kan kontrolleres og tilpasses. Du kan oprette forskellige størrelser af kunstige celler på en reproducerbar måde, og der er potentiale til at tilføje alle slags cellemaskiner, såsom kloroplaster til udførelse af fotosyntese eller konstruerede mikrober, der fungerer som sensorer. "

For at forbedre funktionaliteten af ​​disse kunstige cellesystemer, det næste trin er at konstruere den kunstige belægning til at fungere mere som en biologisk membran, men med særlige funktioner.

For eksempel, hvis membranen kun kunne konstrueres til at åbne og frigive de kemikalier, der produceres indenfor som reaktion på visse signaler, de kunne bruges til at levere medicin til bestemte områder af kroppen. Dette ville f.eks. Være nyttigt i kræftbehandling for kun at frigive målrettede lægemidler på stedet for en tumor, reducere bivirkninger.

Selvom et sådant system måske er en vej væk endnu, holdet siger, at dette er et lovende spring i den rigtige retning. Værket er det første eksempel på sammensmeltning af levende og ikke-levende komponenter, der kommer fra Imperial og King's College's nye FABRICELL-center for kunstig cellevidenskab.