Onderzoekers van de Universiteit van Bristol hebben een gemeenschap van kunstmatige celachtige druppeltjes ontworpen die samen een eenvoudige vorm van fagocytosegedrag vertonen. Het werk biedt een nieuwe benadering voor het ontwerpen van complexe levensechte eigenschappen in niet-levende materialen.

De chemici hebben grote vooruitgang geboekt bij de constructie van synthetische gemeenschappen van kunstmatige cellen die in staat zijn fagocytose na te bootsen - een complex biologisch proces dat wordt waargenomen in levende cellen en dat de opname van vreemd materiaal door bepaalde celtypen mogelijk maakt. Het werk, gepubliceerd in Natuurmaterialen , heeft potentiële toepassingen, variërend van microfluïdica tot het leveren van enzymen voor ruimtelijk gecontroleerde reacties of voor het verwijderen van gevaarlijke verontreinigende stoffen.

In het nieuwe werk de onderzoekers onder leiding van professor Stephen Mann samen met collega's dr. Mei Li, Dr. Laura Rodriquez-Arco van Bristol's School of Chemistry en Bristol Centre for Protolife Research, ontwierp een protocelgemeenschap bestaande uit een mengsel van twee verschillende soorten met nanodeeltjes gecoate waterige microdruppeltjes die samen een eenvoudige vorm van kunstmatige fagocytose vertonen. De druppeltjes zijn ofwel klein en omgeven door een semi-permeabel verknoopt silicamembraan (colloïdosomen), of groot en omsloten door een poreuze niet-verknoopte ijzeroxide schaal (magnetische emulsiedruppels). Wanneer de twee soorten protocellen in olie worden gemengd, ze ondergaan botsingen, maar hebben geen interactie. Echter, als een vetzuur aan de olie wordt toegevoegd, ontwikkelen de magnetische emulsiedruppels een opening in hun ijzeroxide-omhulsel waardoor de kleinere colloïdosomen worden opgenomen wanneer de protocellen in contact komen. Als resultaat, de colloïdosomen worden gevangen en blijven gevangen in het met water gevulde binnenste van de grotere protocellen.

Met behulp van dit spontane verzwelgingsproces, enzymen die in de colloïdosomen zijn opgesloten, kunnen worden overgebracht naar de magnetische emulsiedruppels om specifieke chemische reacties op gang te brengen, ook al blijven de enzymen in de ingenomen collidosomen gelokaliseerd. Alternatief, door gebruik te maken van niet-verknoopte colloïdosomen, enzymen en andere nuttige ladingen zoals polymeerkorrels kunnen na fagocytose vrijkomen in de grotere emulsiedruppels door spontane demontage van het silica-nanodeeltjesmembraan.

Professor Stephen Mann zei:"Ons doel op lange termijn is om voort te bouwen op dit nieuwste werk door een portfolio van protocelgedragingen te ontwikkelen die complexe levensechte eigenschappen nabootsen, variërend van kunstmatige fagocytose, predatie en chemische communicatie met toepassingen die kunnen worden gebruikt om verontreinigende stoffen op te ruimen, medicijnen opslaan en vrijgeven, chemische reacties volgen, en dienen als modellen voor de oorsprong van het leven."