Onderzoekers hebben voor het eerst levende en niet-levende cellen gefuseerd op een manier die hen in staat stelt om samen te werken. de weg vrijmaken voor nieuwe toepassingen.

Het systeem, gemaakt door een team van Imperial College London, kapselt biologische cellen in een kunstmatige cel in. Met behulp van dit, onderzoekers kunnen gebruikmaken van het natuurlijke vermogen van biologische cellen om chemicaliën te verwerken en ze tegelijkertijd te beschermen tegen de omgeving.

Dit systeem zou kunnen leiden tot toepassingen zoals cellulaire 'batterijen' aangedreven door fotosynthese, synthese van medicijnen in het lichaam, en biologische sensoren die bestand zijn tegen zware omstandigheden.

Bij het ontwerpen van eerdere kunstmatige cellen werden delen van 'machines' van biologische cellen - zoals enzymen die chemische reacties ondersteunen - in kunstmatige omhulsels gestopt. De nieuwe studie, vandaag gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , gaat nog een stap verder en kapselt hele cellen in in kunstmatige omhulsels.

De kunstmatige cellen bevatten ook enzymen die samenwerken met de biologische cel om nieuwe chemicaliën te produceren. In het proof-of-concept-experiment, de kunstmatige celsystemen produceerden een fluorescerende chemische stof waarmee de onderzoekers konden bevestigen dat alles werkte zoals verwacht.

Hoofdonderzoeker prof.dr. Oscar Ces, van de afdeling scheikunde van Imperial, zei:"Biologische cellen kunnen extreem complexe functies vervullen, maar kan moeilijk te beheersen zijn als je één aspect probeert te benutten. Kunstmatige cellen kunnen gemakkelijker worden geprogrammeerd, maar veel complexiteit kunnen we nog niet inbouwen.

"Ons nieuwe systeem overbrugt de kloof tussen deze twee benaderingen door hele biologische cellen te fuseren met kunstmatige, zodat de machines van beide samenwerken om te produceren wat we nodig hebben. Dit is een paradigmaverschuiving in het denken over de manier waarop we kunstmatige cellen ontwerpen, die het onderzoek naar toepassingen in de zorg en daarbuiten zal helpen versnellen."

Om het systeem te maken, het team gebruikte microfluidics:vloeistoffen door kleine kanalen leiden. Met water en olie, die niet mengen, ze waren in staat om druppeltjes van een bepaalde grootte te maken die de biologische cellen en enzymen bevatten. Vervolgens brachten ze een kunstmatige coating aan op de druppeltjes om bescherming te bieden, het creëren van een kunstmatige celomgeving.

Ze testten deze kunstmatige cellen in een oplossing met veel koper, die meestal zeer giftig is voor biologische cellen. Het team kon nog steeds fluorescerende chemicaliën detecteren in de meeste kunstmatige cellen, wat betekent dat de biologische cellen nog leefden en van binnen functioneerden. Dit vermogen zou nuttig zijn in het menselijk lichaam, waar de kunstmatige celomhulling de vreemde biologische cellen zou beschermen tegen aanvallen door het immuunsysteem van het lichaam.

Eerste auteur van de studie Dr. Yuval Elani, een EPSRC Research Fellow ook van de afdeling Chemie, zei:"Het systeem dat we hebben ontworpen is beheersbaar en aanpasbaar. Je kunt kunstmatige cellen van verschillende groottes op een reproduceerbare manier maken, en er is het potentieel om allerlei celmachines toe te voegen, zoals chloroplasten voor het uitvoeren van fotosynthese of gemanipuleerde microben die als sensoren fungeren."

Om de functionaliteit van deze kunstmatige celsystemen te verbeteren, de volgende stap is om de kunstmatige coating te ontwerpen om meer als een biologisch membraan te werken, maar met speciale functies.

Bijvoorbeeld, als het membraan zou kunnen worden ontworpen om de chemicaliën die erin worden geproduceerd alleen te openen en vrij te geven als reactie op bepaalde signalen, ze kunnen worden gebruikt om medicijnen af ​​​​te leveren aan specifieke delen van het lichaam. Dit zou bijvoorbeeld nuttig zijn bij de behandeling van kanker om gerichte geneesmiddelen alleen op de plaats van een tumor vrij te geven, bijwerkingen verminderen.

Hoewel een dergelijk systeem misschien nog ver weg is, het team zegt dat dit een veelbelovende sprong in de goede richting is. Het werk is het eerste voorbeeld van het samensmelten van levende en niet-levende componenten die voortkomen uit het nieuwe FABRICELL-centrum voor kunstmatige celwetenschap van Imperial en King's College.