Kunstmatige cellen die materialen vrijgeven bij blootstelling aan licht zijn ingebed in een duurzaam membraan, waardoor chemische reacties gecontroleerd kunnen worden.

Deze structuren kunnen worden gebruikt om de synthese van geneesmiddelen in het lichaam op verzoek te regelen, en fungeren als microreactoren die de productie van waardevolle chemicaliën kunnen vereenvoudigen.

Kunstmatige cellen zijn gebaseerd op containers die blaasjes worden genoemd, die zijn opgebouwd uit lipiden. Ze worden door wetenschappers gebruikt omdat ze meer controle bieden over processen dan mogelijk is met biologische of natuurlijke cellen.

Onderzoekers van Imperial College London creëerden een reeks kleine blaasjes die reageren op licht door hun membranen te breken, het vrijgeven van de materialen binnen. De onderzoekers sloten vervolgens al deze blaasjes in een groter blaasje dat niet op licht reageert.

Zo ontstond een mini chemische reactor – een container voor de kleinere blaasjes zodat hun vrijgekomen inhoud in een besloten ruimte met elkaar kan reageren. Hun methode is gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Het team hoopt ook dat door de membranen van de kleinere blaasjes te ontwerpen om te reageren op verschillende golflengten van licht, ze konden de volgorde en lengte van elke reactiestap nauwkeurig timen.

Celfunctie nabootsen

Co-auteur professor Oscar Ces, van de afdeling scheikunde van Imperial, zei:"Onze beperkte microreactoren zijn een cruciale stap in het maken van responsieve kunstmatige cellen die zijn geprogrammeerd om bepaalde reacties op commando uit te voeren.

"De wetenschap van kunstmatige cellen vordert snel tot het punt waarop we biologische celfuncties kunnen nabootsen met hoge controle en reproduceerbaarheid, de weg vrijmaken voor gerichte medicamenteuze therapieën en ingebedde biosensoren."

Om de kleinere blaasjes op licht te laten reageren, het team ontwikkelde hun membranen. Toen er ultraviolet licht op werd geschenen, hun lipidemembranen reageerden, gaten maken waar de inhoud doorheen kan ontsnappen.

Het team van Imperial heeft met kunstmatige celblaasjes gewerkt om een ​​'toolkit' met nuttige structuren en functionaliteiten te produceren. Deze omvatten recente vorderingen in het koppelen van biologische en kunstmatige cellen en het aan elkaar plakken van kunstmatige cellen om 'weefsels' te vormen.

Toenemende complexiteit

Chemie Ph.D. student en eerste auteur van de studie James Hindley hoopt steeds complexere reacties te beheersen met behulp van een reeks geneste blaasjes die reageren op verschillende golflengten van licht.

Hij zei:"Het vermogen om de timing en locatie van chemische reacties te controleren, maakt deze geneste blaasjes zeer geschikt voor katalytische toepassingen. Het dient ook als basis voor een tweede generatie geneste blaasjes die kunnen worden gebruikt om meerstapsreacties te beheersen, waardoor de productie van complexe moleculen voor gebruik in de geneeskunde en biotechnologie mogelijk wordt."

Deze structuren kunnen worden aangestuurd door 'fototherapie' - waarbij een arts licht gebruikt om de blaasjes op de juiste plaats van buiten het lichaam te activeren - of uiteindelijk kunnen de blaasjes zelfs worden geïnduceerd om reacties te beginnen door chemische veranderingen in het lichaam waar te nemen die verband houden met ziekte.

Wetenschap imiteert kunst

Bij het zoeken naar een manier om hun werk te illustreren, het team stuitte op een schilderij van Wassily Kandinsky dat perfect bij elkaar leek te passen. Co-auteur Dr. Yuval Elani, van de afdeling scheikunde van Imperial, zei:"Het kunstwerk bevat cirkels in een geneste opstelling die ook te zien zijn in onze blaasjesstructuren. Gekleurde flitsers die van buitenaf door het blaasje doordringen, komen overeen met de UV-straling die wordt gebruikt om de afgifte in ons systeem te activeren.

"Zwarte streepjes, strepen door de kleinere innerlijke, staat voor materiaal dat vrijkomt uit de binnenste blaasjes, maar nog steeds aanwezig in de grotere blaasjesmicroreactor. Terwijl we steeds complexere celnabootsers bouwen, we kunnen deze streepjes ook gaan zien als communicatiepaden tussen verschillende 'kunstmatige organellen'."