In een nieuwe studie van Imperial College London zijn kunstmatige cellen ontworpen om de natuurlijke kenmerken van biologische cellen na te bootsen.

Wetenschappers van de departementen Chemische Technologie en Chemie hebben een manier ontwikkeld om kunstmatige cellen te ontwikkelen die nabootsen hoe biologische cellen zich gedragen als reactie op veranderingen in de omgeving. Dit zou belangrijke implicaties kunnen hebben voor ons begrip van de biologie, de behandeling van ziekten en de toediening van medicijnen.

Het produceren van dergelijke cellulaire architecturen is een van de ultieme doelen van synthetische biologie geweest, omdat het wetenschappers in staat zou stellen om designercellen te creëren met specifieke functies die gemakkelijker te controleren en te voorspellen zijn dan biologische.

Het onderzoek is vandaag gepubliceerd in ACS Nano .

Fundamentele biologische kenmerken

Een fundamenteel kenmerk van biologische cellen in alle vormen van leven is de compartimentering van cellen, die kan veranderen als reactie op omgevingsstimuli. Wanneer bepaalde immuuncellen bijvoorbeeld een virus detecteren, geven ze subcompartimenten af ​​aan hun omgeving, die fungeren als signaal voor andere soorten cellen om dat virus te vernietigen.

Eerdere pogingen om dit dynamische kenmerk van cellen te repliceren, hebben alleen geresulteerd in statische compartimentering, wat het biomimetische en technologische potentieel van synthetische cellen heeft belemmerd.

Nu heeft een team van synthetische biologen een methode ontwikkeld om de dynamische kenmerken van natuurlijke subcompartimenten in kunstmatige cellen na te bootsen, die zowel in de cel als extern op het oppervlak kunnen voorkomen.

Dit zou de weg kunnen effenen voor ontwikkelingen in de behandeling van ziekte en ziekte, en in gerichte medicijnafgifte.

Geavanceerde cellen

Het team van Imperial gebruikte een "bottom-up assembly" -benadering om kunstmatige cellen met subcompartimenten te ontwikkelen, die kunnen reageren op chemische stimuli in hun omgeving door hun interne organisatie te veranderen.

Ze kunnen zo worden ontworpen dat ze zich vanaf het celoppervlak verspreiden als reactie op chemische signalen in de omgeving, of overschakelen naar een gedispergeerde toestand in het cellumen na het detecteren van mechanische triggers. Deze structurele herschikkingen kunnen omkeerbaar zijn en vereisen geen complexe biologische machines.

Dr. Yuval Elani, academische leider van deze studie, zegt dat "biologische cellen zeer dynamisch en responsief zijn, en daarom zijn ze zo geavanceerd. Ze veranderen voortdurend hoe materialen binnenin zijn gerangschikt, in reactie op hun omgeving. Geïnspireerd door biologie en het inbouwen van deze functie in synthetische systemen heeft een groot potentieel in biotechnologie en therapieën, iets dat we nu willen benutten."

Volgende stappen

Het begrip van hoe dynamische subcompartimenten in cellen kunnen worden gebouwd als een essentiële eerste stap in het gebruik van deze technologie. Nu zullen onderzoekers zich moeten concentreren op het vergroten van de biologische en technologische relevantie ervan. Bijvoorbeeld door deze synthetische cellen te manipuleren om medicijnen af ​​te leveren die zijn ingekapseld in subcompartimenten.

Hoofdauteur Greta Zubaite voegde eraan toe dat "als een doelwit van belang, bijvoorbeeld een tumor, een micro-omgeving heeft die anders is dan die van gezonde cellen, de kunstmatige cellen dit zouden kunnen voelen en het kunnen gebruiken als een signaal om met medicijnen geladen subcompartimenten vrij te maken. Geneesmiddeldragende kunstmatige cellen kunnen ook worden gemanipuleerd om een ​​niet-invasieve behandeling van ziekte of ziekte ter plaatse mogelijk te maken. Het onderzoek dat we hebben uitgevoerd, maakt de weg vrij voor dit type behandeling." + Verder verkennen

Kunstcellen reageren op veranderingen in de omgeving