Kunstigt producerede celler kommunikerer med hinanden

Friedrich Simmel og Aurore Dupin, forskere ved det tekniske universitet i München (TUM), har for første gang skabt kunstige cellesamlinger, der kan kommunikere med hinanden. Cellerne, adskilt af fedtmembraner, udveksle små kemiske signalmolekyler for at udløse mere komplekse reaktioner, såsom produktion af RNA og andre proteiner.

Forskere rundt om i verden arbejder på at skabe kunstige, cellelignende systemer, der efterligner adfærd fra levende organismer. Friedrich Simmel og Aurore Dupin har skabt sådanne kunstige cellesamlinger i et fast rumligt arrangement. Højdepunktet er, at cellerne er i stand til at kommunikere med hinanden.

"Vores system er et første skridt mod vævslignende, syntetiske biologiske materialer, der udviser kompleks rumlig og tidsmæssig adfærd, hvor individuelle celler specialiserer sig og differentierer sig, ikke ulig biologiske organismer, "forklarer Friedrich Simmel, Professor i fysik i syntetiske biosystemer (E14) ved TU München.

Genudtryk i en fast struktur

Geler eller emulsionsdråber indkapslet i tynde fedt- eller polymermembraner fungerer som de grundlæggende byggesten for de kunstige celler. Inde i disse 10- til 100-mikron enheder, kemiske og biokemiske reaktioner kan forløbe uhæmmet.

Forskergruppen brugte dråber lukket af lipidmembraner og samlede dem i kunstige flercellede strukturer kaldet mikrovæv. De biokemiske reaktionsopløsninger, der bruges i dråberne, kan producere RNA og proteiner, giver cellerne en slags genekspressionsevne.

Signaludveksling og rumlig differentiering af celler

Men det er ikke alt:Små signalmolekyler kan udveksles mellem celler via deres membraner eller proteinkanaler indbygget i membranerne. Dette giver dem mulighed for at parre med hinanden tidsmæssigt og rumligt. Systemerne bliver dermed dynamiske, som i det virkelige liv.

Kemiske pulser formerer sig således gennem cellestrukturer og videregiver information. Signalerne kan også fungere som udløsere, tillader i første omgang identiske celler at udvikle sig forskelligt. "Vores system er det første eksempel på et flercellet system, hvor kunstige celler med genekspression har et fast arrangement og kobles via kemiske signaler. På denne måde, vi opnåede en form for rumlig differentiering, «siger Simmel.

Modeller, minifabrikker og mikrosensorer

Det er vigtigt at udvikle denne slags syntetiske systemer, da de giver forskere mulighed for at undersøge grundlæggende spørgsmål om livets oprindelse i en model. Komplekse organismer blev først mulige, efter at celler begyndte at specialisere og distribuere arbejde mellem samarbejdende celler. Hvordan dette skete, er blandt de mest fascinerende spørgsmål inden for grundforskning.

Ved hjælp af et modulopbygget byggesæt til skræddersyede cellesystemer, forskerne håber at kunne simulere forskellige egenskaber ved biologiske systemer i fremtiden. Ideen er, at celler reagerer på deres omgivelser og lærer at handle uafhængigt.

De første ansøgninger er allerede i horisonten:På lang sigt, kunstige cellesamlinger kan indsættes som minifabrikker til at producere specifikke biomolekyler, eller som små mikrorobotsensorer, der behandler information og tilpasser sig deres omgivelser.

Celler fra en 3D-printer

Friedrich Simmel og Aurore Dupin samler stadig deres cellesystemer manuelt ved hjælp af mikromanipulatorer. I fremtiden, imidlertid, de planlægger at samarbejde med München University of Applied Sciences, for eksempel, systematisk at bygge større og mere naturtro systemer ved hjælp af 3D-printteknologi.