Synthetische (kunstmatig geproduceerde) cellen kunnen bepaalde functies van biologische cellen nabootsen. Deze synthetische cellen zouden in de toekomst nieuwe medische mogelijkheden kunnen openen. In laboratoria kunnen dergelijke cellen al op miniatuurschaal helpen bij chemische processen als 'minireactoren'. Wetenschappers van het Max Planck Institute for Polymer Research hebben nu een methode ontwikkeld om het verloop van deze chemische processen met behulp van licht te controleren. Hun werk is gepubliceerd in Angewandte Chemie International Edition .

De processen die plaatsvinden in biologische cellen zijn complex:chemische reacties dragen bijvoorbeeld bij aan de productie van bepaalde stoffen die het lichaam nodig heeft, of het nu gaat om energievoorziening of om zich tegen ziekten te verdedigen. Daartoe regelen biologische cellen via hun celmembraan welke stoffen door de cel worden opgenomen en weer worden uitgescheiden.

Kunstmatig geproduceerde cellen met een grootte van ongeveer 20-50 miljoenste van een meter (20-50 µm) zijn al in staat om dergelijke functies in het laboratorium te reproduceren. Een actieve component is verpakt in een omhulsel van polymeren, het 'compartiment', dat bijvoorbeeld een enzymatische reactie mogelijk maakt.

"Een biologische cel kan doodgaan - met kunstmatige cellen kunnen we miniatuurreactoren bouwen die over een veel langere periode kunnen worden gebruikt", legt Lucas Caire da Silva uit, die deze cellen onderzoekt op de afdeling van Katharina Landfester. "Het probleem met deze minireactoren tot nu toe was echter hoe het transport van stoffen in de cel kon worden gecontroleerd. Over het algemeen zijn de schillen van deze kunstmatige cellen moeilijk te doordringen."

Het team van onderzoekers onder leiding van da Silva en Landfester heeft dit gedrag nu veranderd:ze hebben speciale op licht reagerende moleculen ontworpen, die in de polymeermembranen kunnen worden geïntegreerd om kanalen te produceren. Als gevolg hiervan neemt de doorlaatbaarheid van de schaal toe bij bestraling met UV-licht. Als de schaal vervolgens weer wordt bestraald met zichtbaar licht, kan dit proces ook worden omgekeerd.

"We kunnen deze aanpak gebruiken om nauwkeurig te controleren wanneer een stof het compartiment binnenkomt, waardoor we op een specifieke tijd en plaats een chemische reactie kunnen initiëren", zegt da Silva.

The scientists hope that in future they will be able to use their mini-reactors to control reactions that actually take place in biological cells on a microscale and see many applications for this technology, for example in medicine.