Forskare har använt lasrar för att ansluta, ordna och slå samman artificiella celler, banar väg för nätverk av artificiella celler som fungerar som vävnader.

Teamet säger att genom att ändra artificiella cellmembran kan de nu få cellerna att hålla ihop som "klossar" - så att de kan ordnas i helt nya strukturer.

Biologiska celler kan utföra komplexa funktioner, men är svåra att styra.

Konstgjorda celler, dock, kan i princip göras på beställning. Nu, forskare från Imperial College London och Loughborough University har visat en ny nivå av komplexitet med artificiella celler genom att ordna dem i grundläggande vävnadsstrukturer med olika typer av anslutningar.

Dessa strukturer kan användas för att utföra funktioner som att initiera kemiska reaktioner eller flytta kemikalier runt nätverk av artificiella och biologiska celler. Detta kan vara användbart för att utföra kemiska reaktioner i extremt små volymer, i att studera de mekanismer genom vilka celler kommunicerar med varandra, och i utvecklingen av en ny generation smarta biomaterial.

Celler är biologiens grundenheter, som kan arbeta tillsammans som ett kollektiv när de arrangeras i vävnader. För att göra detta, celler måste vara anslutna och kunna utbyta material med varandra. Teamet kunde koppla ihop artificiella celler till en rad nya arkitekturer, vars resultat publiceras idag i Naturkommunikation .

De artificiella cellerna har ett membranliknande lager som skal, som forskarna konstruerade för att "hålla" till varandra. För att få cellerna att komma tillräckligt nära, laget fick först manipulera cellerna med "optiska pincetter" som fungerar som mini "traktorbalkar" som drar och släpper celler till valfri position. När de väl är anslutna på detta sätt kan cellerna flyttas som en enhet.

Ledande forskare Dr Yuval Elani, en EPSRC -forskare från Institutionen för kemi vid Imperial, sade:"Konstgjorda cellmembran studsar vanligtvis av varandra som gummibollar. Genom att ändra biofysiken hos membranen i våra celler, vi fick dem istället att hålla sig till varandra som klossar.

"Med detta, vi kunde bilda nätverk av celler anslutna med 'biojunctions'. Genom att sätta tillbaka biologiska komponenter som proteiner i membranet, vi kunde få cellerna att kommunicera och utbyta material med varandra. Detta efterliknar det som syns i naturen, så det är ett stort steg framåt för att skapa biologiskt liknande artificiella cellvävnader. "

Teamet kunde också konstruera en "bindning" mellan två celler. Här fastnar inte membranen, men en hylsa av membranmaterial förbinder dem så att de kan flyttas ihop.

När de väl hade fulländat den cellhäftande processen, laget kunde bygga upp mer komplexa arrangemang. Dessa inkluderar cellinjer, 2-D-former som rutor, och 3D-former som pyramider. När cellerna har fastnat tillsammans, de kan ordnas om, och också dras av laserstrålen som en ensemble.

Till sist, laget kunde också ansluta två celler, och sedan få dem att smälta samman till en större cell. Detta uppnåddes genom att belägga membranen med guldnanopartiklar. När laserstrålen i hjärtat av tekniken "optisk pincett" koncentrerades vid korsningen mellan de två cellerna, nanopartiklarna resonerade, bryta membranen vid den tidpunkten. Membranet reformeras sedan som en helhet.

Genom att slå samman celler på detta sätt kan alla kemikalier de bär blandas i det nya, större cell, startar kemiska reaktioner. Detta kan vara användbart, till exempel, för att leverera material som läkemedel till celler, och för att ändra sammansättningen av celler i realtid, få dem att anta nya funktioner.

Professor Oscar Ces, även från Institutionen för kemi vid Imperial, sade:"Att ansluta konstgjorda celler till varandra är en värdefull teknik i den bredare verktygslåda som vi samlar för att skapa dessa biologiska system med hjälp av bottom-up-metoder. Vi kan nu börja skala upp grundläggande cellteknologier till större nätverk i vävnadsskala, med exakt kontroll över den typ av arkitektur vi skapar. "

Forskningen är ett av de första resultaten från FABRICELL, ett virtuellt forskningscenter som leds av Imperial och Kings College London som samlar ledande forskargrupper som arbetar med artificiell cellvetenskap i London. Den består av en serie laboratorier över Imperial och Kings, samt formella och informella möjligheter till utbildning och forskning.