Livslignende celler kan nu kommunikere over lange afstande via signalforstærkning

Forskere har store drømme for kunstige celler. Disse replikaer af biologiske celler i laboratoriet kunne hjælpe med at forstå, hvordan levende organismer fungerer. Mens der er gjort mange fremskridt i, hvordan man konstruerer kunstige celler, fænomenerne bag deres kommunikation og deres adfærd forbliver stort set uudforskede. Forskere fra TU/e ​​og Radboud Universitet har udviklet fællesskaber af kunstige celler, der kommunikerer med hinanden med hidtil uset kraft. Deres undersøgelser fremmer udviklingen af ​​kunstige celler, der, ved at være 'sammenkoblet', kunne bruges – for at nævne nogle få – til at levere stoffer mere præcist til deres mål, besejre kræftceller, eller endda forbedre nøjagtigheden af ​​diagnostiske tests. Resultaterne offentliggøres i dag kl Naturkommunikation .

Biologiske celler anvender en række forskellige signaleringsprocesser til at udveksle information med hinanden og til at 'fornemme' deres omgivelser. For at forstå, hvordan celler koordinerer deres adfærd gennem kommunikation med hinanden, forskere over hele verden har gjort store fremskridt med at 'konstruere' celler og genskabe deres kommunikationsnetværk i laboratoriet. Indtil for ganske nylig, imidlertid, fokus har været på design af kunstige celler, der fungerer isoleret.

Fællesskaber

"Levende systemer fungerer generelt ikke isoleret. Snarere, de er ofte tæt forbundet som samarbejdspartnere eller konkurrenter", forklarer Jan Van Hest, professor ved afdelingerne for Biomedicinsk Teknik og Kemiteknik og Kemi, og direktør for Institut for Komplekse Molekylære Systemer ved TU/e. Af denne grund, han, sammen med dr. Bastiaan Buddingh, udviklede samfund af kunstige celler frem for individuelle. For at bygge dem, de brugte kæmpe vesikler sammensat af fosfolipider, hovedbestanddelene i det yderste lag af dyreceller.

Afsender og modtager

At studere intercellulær kommunikation, forskerne udviklede to fællesskaber:et, der producerede et kemisk signal ('sendere') og et andet, der var programmeret til at opfatte det kemiske signal ('modtagere'). Specifikt, afsendere reagerer på en ekstern trigger og bearbejder denne til et signalmolekyle, der frigives. Dette signalmolekyle diffunderer gennem det ekstracellulære miljø, indtil det når en modtager, som genkender det kemiske signal og aktiveres som svar på informationen videregivet af afsenderen.

Signalforstærkning

"Afhængig af afstanden mellem afsendere og modtagere, koncentrationen af ​​signalmolekyler kan være ekstremt lav, når de når en modtager", de forklarer. "Signalamplifikation er derfor vigtig for aktiveringen af ​​modtagerne. Vi har fyldt modtagerne med et specifikt enzym, der kan behandle lave koncentrationer af signalmolekyler, hvilket resulterer i en forstærkning af signalet ved modtageren. Dette letter også udbredelsen af ​​signaler over lange afstande. En dag kan vi skabe netværk, hvor flere typer kunstige celler med specialiseret funktion samarbejder i fællesskaber, ligesom det sker i biologiske væv."

Denne undersøgelse blev offentliggjort den 3. april i Naturkommunikation under titlen "Intercellulær kommunikation mellem kunstige celler ved allosterisk amplifikation af et molekylært signal."