Cellestørrelse regulerer molekylær adskillelse

Ny forskning viser, at cellestørrelse og membraner kan spille en nøglerolle i reguleringen af ​​fordelingen af ​​molekyler inde i celler. Denne opdagelse tilbyder en ny ukonventionel metode til at manipulere kunstige celler via deres størrelse og grænsefladeegenskaber eller deres grænser i stedet for gennem molekylær modifikation af deres kemiske struktur. Dette kan hjælpe adskillige industrier, fra kosmetik til lægemidler, som ønsker at undgå uventede ændringer i egenskaberne af kunstige celler i deres produkter, såsom når de skaber ny medicin som vacciner.

Kunstige celler kan være små livreddere, såsom COVID-19 mRNA-vaccinen. Disse konstruerede vidundere kan fås til at efterligne biologiske cellers funktioner og udføre alle mulige opgaver, lige fra at "lære" vores egne celler, hvordan man reagerer på en virus, dyrke kunstig hud til at teste kosmetik, eller fremstilling af fødevarekonserveringsmidler.

Men at skabe og manipulere disse celler kommer med mange udfordringer. "I de senere år er kunstige celler indeholdende opløsninger (eller blandinger) af multikomponentmolekyler blevet brugt i kosmetiske og farmaceutiske produkter. Selvom sådanne opløsninger ikke adskilles i reagensglas, adskilles de nogle gange i kunstige celler, hvilket var problematisk for anvendelser," forklarede. Lektor Miho Yanagisawa fra Graduate School of Arts and Sciences ved University of Tokyo.

Denne adskillelse, kaldet væske-væskefaseseparation (LLPS), er opstået som en grundlæggende mekanisme til regulering af biologisk aktivitet i levende organismer. Men typen af ​​biomolekyler, der adskilles, og betingelserne, hvorunder dette sker, er endnu ikke fuldt ud forstået. Denne seneste forskning offentliggjort i ACS Materials Letters giver noget tiltrængt indsigt.

"Konventionelt blev separationsbetingelser og separationsgraden anset for at være størrelsesuafhængige, så længe størrelsen af ​​beholderen var omkring 1 mikrometer eller mikron (en tusindedel af en millimeter) eller større," sagde Yanagisawa. En overraskende konstatering af denne forskning var, at jo mindre den kunstige celle er, jo større grad af adskillelse fandt sted.

Ideen om cellestørrelsesafhængig adfærd blev foreslået i 2012, men detaljerne i dette fænomen forblev uklare. Holdet ved University of Tokyo udførte multiskala-eksperimenter ved at bruge forskellige dråber af to polymerer - korte, polyethylenglycol (PEG) og lange, dextran - i blandinger indeholdt i en lipidmembran for at skabe kunstige celler af forskellig størrelse.

"Fra sådanne eksperimenter indså vi, at membranen fornemmer små forskelle mellem molekyler og vælger det foretrukne molekyle, som er oprindelsen til den cellestørrelsesafhængige adfærd. Dette var studiets største klimaks," forklarede Yanagisawa. "Vi mener, at denne opdagelse tilbyder en ny metode til at manipulere materialer via rumstørrelsen og grænsefladeegenskaberne af beholderne med kunstige celler. Denne idé er helt anderledes end de konventionelle gennem manipulation af molekylære strukturer."

Yanagisawa siger:"Der er hovedsageligt to retninger for det næste trin:Den ene er mod en fysisk forståelse og formulering af rumeffekten i cellestørrelse på molekylær adfærd; en anden er mod farmaceutiske og kosmetiske applikationer, ved at bruge de kunstige celler i betragtning af celle- størrelseseffekt." + Udforsk yderligere

Nye kræftbehandlinger kan testes i kunstige celler på små chips på størrelse med et frimærke