Hvordan lys kan bruges til at styre processer i syntetiske celler

Syntetiske (kunstigt producerede) celler kan efterligne visse funktioner af biologiske celler. Disse syntetiske celler kan åbne op for nye medicinske muligheder i fremtiden. I laboratorier kan sådanne celler allerede hjælpe i kemiske processer i miniatureskala som "minireaktorer". Forskere ved Max Planck Institute for Polymer Research har nu udviklet en metode til at kontrollere forløbet af disse kemiske processer ved hjælp af lys. Deres arbejde er udgivet i Angewandte Chemie International Edition .

De processer, der finder sted i biologiske celler, er komplekse:Kemiske reaktioner bidrager for eksempel til produktionen af ​​visse stoffer, som kroppen kræver - hvad enten det er for at levere energi eller for at forsvare sig mod sygdom. Til dette formål regulerer biologiske celler via deres cellemembran, hvilke stoffer der optages af cellen, og hvilke der udskilles igen.

Kunstigt producerede celler med en størrelse på cirka 20-50 milliontedele meter (20-50 µm) er allerede i stand til at reproducere sådanne funktioner i laboratoriet. En aktiv komponent er pakket ind i en skal lavet af polymerer, "rummet", som for eksempel muliggør en enzymatisk reaktion.

"En biologisk celle kan dø - med kunstige celler kan vi bygge miniaturereaktorer, som kan bruges over meget længere tid," forklarer Lucas Caire da Silva, der forsker i disse celler i Katharina Landfesters afdeling. "Problemet med disse minireaktorer har dog hidtil været, hvordan man kan kontrollere transporten af ​​stoffer ind i cellen. Generelt er disse kunstige cellers skaller svære at gennemtrænge."

Holdet af forskere ledet af da Silva og Landfester har nu ændret denne adfærd:De har designet specielle lysfølsomme molekyler, som kan integreres i polymermembranerne for at producere kanaler. Som følge heraf øges skallens permeabilitet, når den bestråles med UV-lys. Hvis skallen derefter bestråles med synligt lys igen, kan denne proces også vendes.

"Vi kan bruge denne tilgang til præcist at kontrollere, hvornår et stof kommer ind i rummet, hvilket giver os mulighed for at starte en kemisk reaktion på et bestemt tidspunkt og sted," siger da Silva.

The scientists hope that in future they will be able to use their mini-reactors to control reactions that actually take place in biological cells on a microscale and see many applications for this technology, for example in medicine.