Forskare har för första gången smält samman levande och icke-levande celler på ett sätt som gör att de kan arbeta tillsammans, banar väg för nya applikationer.

Systemet, skapad av ett team från Imperial College London, inkapslar biologiska celler i en artificiell cell. Med hjälp av detta, forskare kan utnyttja biologiska cellers naturliga förmåga att bearbeta kemikalier samtidigt som de skyddar dem från miljön.

Detta system kan leda till applikationer som mobilbatterier som drivs av fotosyntes, syntes av läkemedel inuti kroppen, och biologiska sensorer som tål tuffa förhållanden.

Tidigare konstgjord celldesign har inneburit att ta delar av biologiska cellmaskineri - till exempel enzymer som stöder kemiska reaktioner - och sätta dem i konstgjorda höljen. Den nya studien, publicerad idag i Vetenskapliga rapporter , går ett steg längre och inkapslar hela celler i konstgjorda höljen.

De konstgjorda cellerna innehåller också enzymer som arbetar tillsammans med den biologiska cellen för att producera nya kemikalier. I proof-of-concept-experimentet, de artificiella cellsystemen producerade en fluorescerande kemikalie som tillät forskarna att bekräfta att allt fungerade som förväntat.

Ledande forskare professor Oscar Ces, från Institutionen för kemi vid Imperial, sade:"Biologiska celler kan utföra extremt komplexa funktioner, men kan vara svårt att kontrollera när man försöker utnyttja en aspekt. Konstgjorda celler kan programmeras lättare men vi kan ännu inte bygga in mycket komplexitet.

"Vårt nya system överbryggar klyftan mellan dessa två tillvägagångssätt genom att smälta hela biologiska celler med artificiella, så att båda maskinerna arbetar tillsammans för att producera det vi behöver. Detta är ett paradigmskifte när vi tänker på hur vi utformar artificiella celler, vilket kommer att hjälpa till att påskynda forskning om applikationer inom hälso- och sjukvård och därefter. "

För att skapa systemet, laget använde mikrofluidik:att styra vätskor genom små kanaler. Använd vatten och olja, som inte blandas, de kunde göra droppar av en definierad storlek som innehöll de biologiska cellerna och enzymerna. De applicerade sedan en konstgjord beläggning på dropparna för att ge skydd, skapa en konstgjord cellmiljö.

De testade dessa artificiella celler i en lösning med hög kopparhalt, som vanligtvis är mycket giftigt för biologiska celler. Teamet kunde fortfarande upptäcka fluorescerande kemikalier i majoriteten av de artificiella cellerna, vilket betyder att de biologiska cellerna fortfarande levde och fungerade inuti. Denna förmåga skulle vara användbar i människokroppen, där det konstgjorda cellhöljet skulle skydda de främmande biologiska cellerna från angrepp av kroppens immunsystem.

Författare till studien Dr Yuval Elani, en EPSRC -forskare också från Institutionen för kemi, sade:"Systemet vi designade är kontrollerbart och anpassningsbart. Du kan skapa olika storlekar på artificiella celler på ett reproducerbart sätt, och det finns potential att lägga till i alla typer av cellmaskiner, såsom kloroplaster för att utföra fotosyntes eller konstruerade mikrober som fungerar som sensorer. "

För att förbättra funktionaliteten hos dessa artificiella cellsystem, nästa steg är att konstruera den konstgjorda beläggningen för att fungera mer som ett biologiskt membran, men med speciella funktioner.

Till exempel, om membranet kunde utformas för att öppna och släppa ut de kemikalier som produceras inom endast som svar på vissa signaler, de kan användas för att leverera läkemedel till specifika delar av kroppen. Detta skulle vara användbart till exempel vid cancerbehandling för att släppa ut riktade läkemedel endast på platsen för en tumör, minska biverkningar.

Även om ett sådant system kan vara en avstängning ännu, teamet säger att detta är ett lovande steg i rätt riktning. Arbetet är det första exemplet på att smälta samman levande och icke-levande komponenter från Imperial och King's College nya FABRICELL-center för artificiell cellvetenskap.