Elke cel heeft een schil nodig. Het celinterieur wordt van zijn omgeving gescheiden door een membraan dat bestaat uit vetmoleculen, helpen om de omgeving te creëren die nodig is voor de cel om te overleven. De ontwikkeling van kunstmatige cellen is eveneens afhankelijk van een chemisch en mechanisch stabiele schil. In het kader van het MaxSynBio-netwerk, onderzoekers van de Max Planck Society en de universiteiten van Heidelberg, jena, Magdeburg en Bordeaux hebben een nieuwe techniek gebruikt om deeltjes te produceren die zijn gemaakt van een reeks verschillende vetzuren die zich gedragen als natuurlijke celmembranen. De wetenschappers waren ook in staat om de blaasjes te vullen met natuurlijke celeiwitten en eiwitten in de lipidenlaag te integreren. Deze lipidedeeltjes zijn een belangrijke stap in de ontwikkeling van een modelsysteem voor het bestuderen van processen in natuurlijke cellen. Ze kunnen op een dag ook een onderdeel zijn van kunstmatige cellen.

Op het eerste gezicht, het natuurlijke celmembraan ziet eruit als een relatief eenvoudige structuur die bestaat uit een dubbele laag vetzuurmoleculen. Maar eigenlijk, het celmembraan vertoont eigenschappen die in het laboratorium zeer moeilijk te reproduceren zijn gebleken. Kunstmatige cellen hebben een omhulsel gemaakt van vetmoleculen; echter, tot nu, het is te onstabiel en niet-poreus geweest. Als resultaat, wetenschappers zijn er niet in geslaagd deze kunstmatige cellen te vullen met de moleculen die nodig zijn om cellulaire processen te laten plaatsvinden.

Met behulp van een truc, de Max Planck-wetenschappers en hun collega's creëerden lipideblaasjes die in de toekomst de basis zouden kunnen vormen voor kunstmatige cellen. De onderzoekers gebruikten druppeltjes gemaakt van organische moleculen met een lange keten die bekend staan ​​als amfifiele polymeren. die werken als oppervlakteactieve stoffen. De druppeltjes bestaan ​​uit een buitenlaag van geperfluoreerde polyether en een binnenlaag van wateroplosbare polyethyleenglycol waaraan gouden nanodeeltjes zijn bevestigd. Door het verschil in oplosbaarheid tussen de binnen- en buitenlaag drijven de druppeltjes in een oliehoudend medium, terwijl ze een waterige oplossing in hun binnenste behouden. Met behulp van een micro-injectiesysteem, de onderzoekers konden minuscule lipideblaasjes in de polymeerdruppeltjes injecteren. Het toevoegen van magnesium zorgt ervoor dat de blaasjes in de druppeltjes verdwijnen en samensmelten tot een enkele lipidelaag aan de binnenkant van de druppel.

"De lipideblaasjes die hierdoor ontstaan ​​zijn mechanisch en chemisch stabiel, waardoor we eiwitten erin kunnen injecteren, zoals in natuurlijke cellen, " zegt Joachim Spatz van het Max Planck Instituut voor Medisch Onderzoek in Heidelberg. Met behulp van een speciaal voor dit doel ontwikkeld pico-injectiesysteem, de onderzoekers konden nauwkeurig gecontroleerde hoeveelheden cellulaire eiwitten injecteren in de polymeer-lipide blaasjes. "Door deze techniek te gebruiken, we kunnen tot 1000 blaasjes per seconde vullen met eiwitten - cytoskeleteiwitten zoals actine en tubuline of het transmembraaneiwit integrine. Dit betekent dat we snel genoeg blaasjes kunnen verkrijgen voor biologische of medische analyse, ", legt Spatz uit. De wetenschappers verwijderen vervolgens de schaal van oppervlakteactieve stoffen en brengen de lipideblaasjes over naar een waterige oplossing. De blaasjes kunnen, bijvoorbeeld, vervolgens worden gemaakt om te interageren met natuurlijke cellen.

De nieuwe techniek beperkt zich niet alleen tot het helpen ontwikkelen van kunstmatige cellen, zoals het doel is van synthetische biologie en in Duitsland het MaxSynBio-onderzoeksnetwerk van de Max Planck Society. Het biedt ook een eenvoudig modelsysteem dat snel te vervaardigen is en kan worden gebruikt om interacties met signaalmoleculen op andere cellen of virussen te bestuderen.