Varje cell behöver ett skal. Cellens inre separeras från omgivningen av ett membran som består av fettmolekyler, hjälper till att skapa den miljö som behövs för att cellen ska överleva. Utvecklingen av artificiella celler är på samma sätt beroende av ett kemiskt och mekaniskt stabilt skal. Inom ramen för MaxSynBio -nätverket, forskare från Max Planck Society och Heidelbergs universitet, Jena, Magdeburg och Bordeaux har använt en ny teknik för att producera partiklar gjorda av en rad olika fettsyror som beter sig mycket som naturliga cellmembran. Forskarna kunde också fylla blåsorna med naturliga cellproteiner och integrera proteiner i lipidlagret. Dessa lipidpartiklar är ett viktigt steg mot att utveckla ett modellsystem för att studera processer i naturliga celler. De kan också en dag vara en komponent i artificiella celler.

Vid första ögonkastet, det naturliga cellmembranet ser ut som en relativt enkel struktur bestående av ett dubbelskikt av fettsyramolekyler. Men egentligen, cellmembranet uppvisar egenskaper som har visat sig mycket svåra att reproducera i laboratoriet. Konstgjorda celler har ett skal av fettmolekyler; dock, tills nu, det har varit för instabilt och icke-poröst. Som ett resultat, forskare har inte kunnat fylla dessa konstgjorda celler med de molekyler som krävs för att cellulära processer ska äga rum.

Med hjälp av ett knep, Max Planck -forskarna och deras kollegor skapade lipidblåsor som i framtiden skulle kunna utgöra grunden för artificiella celler. Forskarna använde droppar tillverkade av långkedjiga organiska molekyler som kallas amfifila polymerer, som fungerar som ytaktiva ämnen. Dropparna består av ett yttre skikt av perfluorerad polyeter och ett inre lager av vattenlöslig polyetylenglykol till vilken guldnanopartiklar har fästs. Skillnaden i löslighet mellan det inre och yttre skiktet innebär att dropparna flyter i ett oljeinnehållande medium, samtidigt som de behåller en vattenlösning i sitt inre. Med hjälp av ett mikroinjektionssystem, forskarna kunde injicera små lipidblåsor i polymerdropparna. Att tillsätta magnesium gör att vesiklarna inuti dropparna försvinner och smälter samman för att bilda ett enda lipidskikt på insidan av droppen.

"Lipidblåsorna som detta producerar är mekaniskt och kemiskt stabila, så att vi kan injicera proteiner i dem, som i naturliga celler, "säger Joachim Spatz från Max Planck -institutet för medicinsk forskning i Heidelberg. Med hjälp av ett picoinjection -system speciellt utvecklat för detta ändamål, forskarna kunde injicera exakt kontrollerade mängder cellulära proteiner i polymer-lipidblåsorna. "Med denna teknik, vi kan fylla upp till 1000 vesiklar per sekund med proteiner - cytoskeletala proteiner som aktin och tubulin eller transmembranproteinintegrinet. Detta innebär att vi snabbt kan få tillräckligt med vesiklar för biologisk eller medicinsk analys, "förklarar Spatz. Forskarna tar sedan bort det ytaktiva skalet och överför lipidblåsorna till en vattenlösning. Blåsorna kan, till exempel, sedan fås att interagera med naturliga celler.

Den nya tekniken är inte bara begränsad till att hjälpa till att utveckla artificiella celler, som är målet för syntetisk biologi och i Tyskland MaxSynBio forskningsnätverk från Max Planck Society. Det erbjuder också ett enkelt modellsystem som är snabbt att tillverka och kan användas för att studera interaktioner med signalmolekyler på andra celler eller virus.