Onderzoekers hebben lasers gebruikt om verbinding te maken, kunstmatige cellen rangschikken en samenvoegen, de weg vrijmaken voor netwerken van kunstmatige cellen die werken als weefsels.

Het team zegt dat ze door kunstmatige celmembranen te veranderen de cellen nu aan elkaar kunnen laten kleven als 'stickle bricks' - waardoor ze in geheel nieuwe structuren kunnen worden gerangschikt.

Biologische cellen kunnen complexe functies vervullen, maar zijn moeilijk controleerbaar te engineeren.

kunstmatige cellen, echter, kan in principe op bestelling gemaakt worden. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van Imperial College London en Loughborough University hebben een nieuw niveau van complexiteit aangetoond met kunstmatige cellen door ze te rangschikken in basisweefselstructuren met verschillende soorten connectiviteit.

Deze structuren kunnen worden gebruikt om functies uit te voeren zoals het initiëren van chemische reacties of het verplaatsen van chemicaliën rond netwerken van kunstmatige en biologische cellen. Dit kan nuttig zijn bij het uitvoeren van chemische reacties in ultrakleine volumes, bij het bestuderen van de mechanismen waardoor cellen met elkaar communiceren, en bij de ontwikkeling van een nieuwe generatie slimme biomaterialen.

Cellen zijn de basiseenheden van de biologie, die in staat zijn om samen te werken als een collectief wanneer gerangschikt in weefsels. Om dit te doen, cellen moeten met elkaar verbonden zijn en materialen met elkaar kunnen uitwisselen. Het team kon kunstmatige cellen koppelen aan een reeks nieuwe architecturen, waarvan de resultaten vandaag worden gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

De kunstmatige cellen hebben een membraanachtige laag als schil, die de onderzoekers hebben ontworpen om aan elkaar te 'plakken'. Om de cellen dichtbij genoeg te krijgen, het team moest eerst de cellen manipuleren met 'optische pincetten' die werken als mini 'tractorbalken' die cellen naar elke gewenste positie sleepten en neerzetten. Eenmaal op deze manier verbonden kunnen de cellen als één geheel worden verplaatst.

Hoofdonderzoeker Dr. Yuval Elani, een EPSRC Research Fellow van de afdeling Chemie van Imperial, zei:"Kunstmatige celmembranen stuiteren meestal op elkaar als rubberen ballen. Door de biofysica van de membranen in onze cellen te veranderen, we hebben ze in plaats daarvan aan elkaar laten plakken als kleverige stenen.

"Hiermee, we waren in staat om netwerken van cellen te vormen die verbonden zijn door 'biojunctions'. Door biologische componenten zoals eiwitten opnieuw in het membraan te plaatsen, we zouden de cellen kunnen laten communiceren en materiaal met elkaar kunnen uitwisselen. Dit bootst na wat in de natuur wordt gezien, dus het is een grote stap voorwaarts in het creëren van biologisch-achtige kunstmatige celweefsels."

Het team was ook in staat om een ​​'tether' tussen twee cellen te maken. Hier zijn de membranen niet aan elkaar geplakt, maar een rank van membraanmateriaal verbindt ze zodat ze samen kunnen worden bewogen.

Nadat ze het celkleefproces hadden geperfectioneerd, het team was in staat om complexere arrangementen op te bouwen. Deze omvatten cellijnen, 2D-vormen zoals vierkanten, en 3D-vormen zoals piramides. Zodra de cellen aan elkaar zijn geplakt, ze kunnen worden herschikt, en ook als ensemble door de laserstraal getrokken.

Eindelijk, het team was ook in staat om twee cellen met elkaar te verbinden, en laat ze vervolgens samensmelten tot één grotere cel. Dit werd bereikt door de membranen te coaten met gouden nanodeeltjes. Toen de laserstraal in het hart van de 'optische pincet'-technologie werd geconcentreerd op de kruising tussen de twee cellen, de nanodeeltjes resoneerden, het breken van de membranen op dat punt. Het membraan hervormt dan als geheel.

Door cellen op deze manier samen te voegen, konden alle chemicaliën die ze droegen zich mengen in de nieuwe, grotere cel, chemische reacties op gang brengen. Dit kan handig zijn, bijvoorbeeld, voor het afleveren van materialen zoals medicijnen in cellen, en door de samenstelling van cellen in realtime te veranderen, om ze nieuwe functies te laten aannemen.

Professor Oscar Ces, ook van de afdeling scheikunde van Imperial, zei:"Het met elkaar verbinden van kunstmatige cellen is een waardevolle technologie in de bredere toolkit die we verzamelen voor het creëren van deze biologische systemen met behulp van bottom-up benaderingen. We kunnen nu beginnen met het opschalen van basisceltechnologieën naar grotere netwerken op weefselschaal, met nauwkeurige controle over het soort architectuur dat we creëren."

Het onderzoek is een van de eerste resultaten van FABRICELL, een virtueel onderzoekscentrum geleid door Imperial en Kings College London dat toonaangevende onderzoeksgroepen samenbrengt die werken in kunstmatige celwetenschap in Londen. Het bestaat uit een reeks laboratoria in Imperial en Kings, evenals formele en informele onderwijs- en onderzoeksmogelijkheden.