Forskare vid University of Bristol har designat en gemenskap av artificiella cellliknande droppar som tillsammans visar en enkel form av fagocytosbeteende. Arbetet ger ett nytt tillvägagångssätt för att designa komplexa naturtrogna egenskaper i icke-levande material.

Kemisterna har gjort stora framsteg i konstruktionen av syntetiska samhällen av artificiella celler som kan efterlikna fagocytos - en komplex biologisk process som ses i levande celler som möjliggör intag av främmande material av vissa celltyper. Arbetet, publiceras i Naturmaterial , har potentiella tillämpningar som sträcker sig från mikrofluidik till att leverera enzymer för rumsligt kontrollerade reaktioner eller för att avlägsna farliga föroreningar.

I det nya verket, forskarna ledda av professor Stephen Mann tillsammans med kollegorna Dr Mei Li, Dr Laura Rodriquez-Arco vid Bristols School of Chemistry och Bristol Center for Protolife Research, designat en protocellgemenskap bestående av en blandning av två olika typer av nanopartikelbelagda vattenhaltiga mikrodroppar som tillsammans uppvisar en enkel form av artificiell fagocytos. Dropparna är antingen små och omgivna av ett semipermeabelt tvärbundet kiseldioxidmembran (kolloidosomer), eller stor och omsluten av ett poröst icke-tvärbundet järnoxidskal (magnetiska emulsionsdroppar). När de två typerna av protoceller blandas ihop i olja, de genomgår kollisioner men interagerar inte. Dock, om en fettsyra tillsätts till oljan så utvecklar de magnetiska emulsionsdropparna en öppning i sitt järnoxidskal genom vilket de mindre kolloidosomerna intas när protocellerna kommer i kontakt. Som ett resultat, kolloidosomerna fångas och förblir fångade i det vattenfyllda inre av de större protocellerna.

Genom att använda denna spontana uppslukningsprocess, enzymer som fångas inuti kolloidosomerna kan överföras till de magnetiska emulsionsdropparna för att utlösa specifika kemiska reaktioner även om enzymerna förblir lokaliserade i de intagna kolloidosomerna. Alternativt genom att använda icke-tvärbundna kolloidosomer, enzymer och andra nyttolaster såsom polymerpärlor kan frigöras i de större emulsionsdropparna efter fagocytos genom spontan demontering av kiseldioxidnanopartikelmembranet.

Professor Stephen Mann sa:"Vårt långsiktiga mål är att bygga vidare på detta senaste arbete genom att utveckla en portfölj av protocellbeteenden som efterliknar komplexa naturtrogna egenskaper, allt från artificiell fagocytos, predation och kemisk kommunikation med applikationer som kan användas för att sanera föroreningar, lagra och släppa droger, övervaka kemiska reaktioner, och tjäna som förebilder för livets ursprung."