Wetenschappers hebben grote dromen over kunstmatige cellen. Deze replica's van biologische cellen in het laboratorium kunnen helpen begrijpen hoe levende organismen werken. Hoewel er veel vooruitgang is geboekt bij het bouwen van kunstmatige cellen, de fenomenen achter hun communicatie en hun gedrag blijven grotendeels onontgonnen. Onderzoekers van de TU/e ​​en de Radboud Universiteit hebben gemeenschappen van kunstmatige cellen ontwikkeld die met ongekende kracht met elkaar communiceren. Hun studies bevorderen de ontwikkeling van kunstmatige cellen die, door 'verbonden' te zijn, zou kunnen worden gebruikt - om er maar een paar te noemen - om medicijnen nauwkeuriger af te leveren aan hun doelwitten, kankercellen verslaan, of zelfs de nauwkeurigheid van diagnostische tests te verbeteren. De resultaten worden vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Biologische cellen gebruiken verschillende signaalprocessen om informatie met elkaar uit te wisselen en hun omgeving te 'voelen'. Om te begrijpen hoe cellen hun gedrag coördineren door met elkaar te communiceren, onderzoekers over de hele wereld hebben grote stappen gezet in 'engineering'-cellen en in het opnieuw creëren van hun communicatienetwerken in het laboratorium. Tot voorkort, echter, de nadruk lag op het ontwerp van kunstmatige cellen die geïsoleerd functioneren.

Gemeenschappen

"Levende systemen staan ​​over het algemeen niet op zichzelf. ze zijn vaak nauw met elkaar verbonden als medewerkers of concurrenten", legt Jan Van Hest uit, hoogleraar bij de departementen Biomedische Technologie en Chemische Technologie en Chemie, en directeur van het Instituut voor Complexe Moleculaire Systemen aan de TU/e. Om deze reden, hij, samen met dr. Bastiaan Buddingh, ontwikkelde gemeenschappen van kunstmatige cellen in plaats van individuele. Om die te bouwen, ze gebruikten gigantische blaasjes bestaande uit fosfolipiden, de belangrijkste bestanddelen van de buitenste laag van dierlijke cellen.

Afzender en ontvanger

Om intercellulaire communicatie te bestuderen, de onderzoekers ontwikkelden twee gemeenschappen:een die een chemisch signaal produceert ('zenders') en een andere die geprogrammeerd is om het chemische signaal waar te nemen ('ontvangers'). specifiek, zenders reageren op een externe trigger en verwerken deze tot een signaalmolecuul dat vrijkomt. Dit signaalmolecuul diffundeert door de extracellulaire omgeving totdat het een ontvanger bereikt, die het chemische signaal herkent en wordt geactiveerd als reactie op de informatie die door de afzender wordt doorgegeven.

Signaalversterking

"Afhankelijk van de afstand tussen de zenders en ontvangers, de concentratie van signaalmoleculen kan extreem laag zijn bij het bereiken van een ontvanger", ze leggen uit. "Signaalversterking is daarom belangrijk voor de activering van de ontvangers. We hebben de ontvangers geladen met een specifiek enzym dat lage concentraties signaalmoleculen kan verwerken, wat resulteert in een versterking van het signaal bij de ontvanger. Dit vergemakkelijkt ook de verspreiding van signalen over lange afstanden. Op een dag kunnen we netwerken creëren waar verschillende soorten kunstmatige cellen met een gespecialiseerde functie samenwerken in gemeenschappen, net zoals het gebeurt in biologische weefsels."

Deze studie is op 3 april gepubliceerd in Natuurcommunicatie onder de titel "Intercellulaire communicatie tussen kunstmatige cellen door allosterische versterking van een moleculair signaal."