Kunstige celler-i-celler udløst af lys fungerer som mini-kemiske reaktorer

Kunstige celler, der frigiver materialer, når de udsættes for lys, er blevet indlejret i en holdbar membran, gør det muligt at kontrollere kemiske reaktioner.

Disse strukturer kunne bruges til at kontrollere syntesen af ​​stoffer i kroppen efter behov, samt fungere som mikroreaktorer, der kan forenkle produktionen af ​​værdifulde kemikalier.

Kunstige celler er baseret på beholdere kaldet vesikler, som er bygget af lipider. De bruges af forskere, fordi de giver mere kontrol over processer, end det er muligt med biologiske eller naturlige celler.

Forskere fra Imperial College London skabte en række små vesikler, der reagerer på lys ved at bryde deres membraner, frigivelse af materialerne indeni. Forskerne indkapslede derefter alle disse vesikler i en større vesikel, der ikke reagerer på lys.

Dette skabte en mini-kemisk reaktor - en beholder til de mindre vesikler, så deres frigivne indhold kan reagere med hinanden i et begrænset rum. Deres metode er publiceret i tidsskriftet Naturkommunikation .

Holdet håber også, at ved at konstruere membranerne i de mindre vesikler til at reagere på forskellige bølgelængder af lys, de kunne præcist time rækkefølgen og længden af ​​hvert reaktionstrin.

Efterligner cellefunktion

Medforfatter professor Oscar Ces, fra Institut for Kemi ved Imperial, sagde:"Vores indelukkede mikroreaktorer er et afgørende skridt i at lave responsive kunstige celler programmeret til at udføre visse reaktioner på cue.

"Videnskaben om kunstige celler er hurtigt fremme til det punkt, hvor vi kan efterligne biologiske cellefunktioner med høj kontrol og reproducerbarhed, baner vejen for målrettede lægemiddelterapier og indlejrede biosensorer."

For at få de mindre vesikler til at reagere på lys, holdet konstruerede deres membraner. Når ultraviolet lys skinnede på dem, deres lipidmembraner reagerede, skabe huller, så indholdet kan slippe igennem.

Holdet hos Imperial har arbejdet med kunstige cellevesikler for at producere et 'værktøjssæt' af nyttige strukturer og funktionaliteter. Disse omfatter nylige fremskridt med at koble biologiske og kunstige celler og klæbe kunstige celler sammen for at danne "væv".

Stigende kompleksitet

Kemi Ph.D. studerende og førsteforfatter af undersøgelsen James Hindley håber at kontrollere stadigt mere komplekse reaktioner ved hjælp af en række indlejrede vesikler, der reagerer på forskellige bølgelængder af lys.

Han sagde:"Evnen til at kontrollere timingen og placeringen af ​​kemiske reaktioner gør disse indlejrede vesikler velegnede til katalytiske applikationer. Det tjener også som grundlag for en anden generation af indlejrede vesikler, der kan bruges til at kontrollere flertrinsreaktioner, muliggør produktion af komplekse molekyler til brug i medicin og bioteknologi."

Disse strukturer kunne styres af 'fototerapi' – hvor en læge bruger lys til at udløse vesiklerne på det rigtige sted udefra kroppen – eller i sidste ende kan vesiklerne endda blive induceret til at begynde reaktioner ved at fornemme kemiske ændringer i kroppen forbundet med sygdom.

Videnskaben efterligner kunst

Når de leder efter en måde at illustrere deres arbejde på, holdet faldt over et maleri af Wassily Kandinsky, der så ud til at matche perfekt. Medforfatter Dr. Yuval Elani, fra Institut for Kemi ved Imperial, sagde:"Kunstværket indeholder cirkler i et indlejret arrangement, som også ses i vores vesikelstrukturer. Farvede strober, der trænger gennem vesiklen udefra, svarer til den UV-bestråling, der bruges til at udløse frigivelse i vores system.

"Sorte streger, stryger gennem det mindre indre, repræsenterer materiale, der frigives fra de indre vesikler, men stadig indeholdt i den større vesikelmikroreaktor. Efterhånden som vi bygger mere og mere komplekse celleefterligninger, vi kan også begynde at forestille os disse streger som kommunikationsveje mellem forskellige 'kunstige organeller'."