Konstgjorda celler som frigör material när de utsätts för ljus har bäddats in i ett hållbart membran, så att kemiska reaktioner kan kontrolleras.

Dessa strukturer kan användas för att kontrollera syntesen av droger i kroppen vid behov, samt fungera som mikroreaktorer som kan förenkla framställningen av värdefulla kemikalier.

Konstgjorda celler är baserade på behållare som kallas vesiklar, som är uppbyggda av lipider. De används av forskare eftersom de erbjuder mer kontroll över processer än vad som är möjligt med biologiska eller naturliga celler.

Forskare från Imperial College London skapade en serie små vesiklar som reagerar på ljus genom att bryta deras membran, släpper ut materialen inuti. Forskarna kapslade sedan in alla dessa vesiklar i en större vesikel som inte reagerar på ljus.

Detta skapade en kemisk minireaktor – en behållare för de mindre vesiklerna så att deras frigjorda innehåll kan reagera med varandra i ett begränsat utrymme. Deras metod publiceras i tidskriften Naturkommunikation .

Teamet hoppas också att genom att konstruera membranen i de mindre vesiklerna för att reagera på olika våglängder av ljus, de kunde exakt tajma ordningen och längden på varje reaktionssteg.

Efterliknar cellfunktion

Medförfattare professor Oscar Ces, från Institutionen för kemi vid Imperial, sa:"Våra instängda mikroreaktorer är ett avgörande steg för att göra responsiva artificiella celler programmerade att utföra vissa reaktioner på väg.

"Vetenskapen om konstgjorda celler går snabbt framåt till den punkt där vi kan efterlikna biologiska cellfunktioner med hög kontroll och reproducerbarhet, banar väg för riktade läkemedelsterapier och inbyggda biosensorer."

För att få de mindre vesiklarna att reagera på ljus, teamet konstruerade sina membran. När ultraviolett ljus lyste på dem, deras lipidmembran reagerade, skapa hål för innehållet att fly genom.

Teamet på Imperial har arbetat med artificiella cellvesiklar för att producera en "verktygslåda" med användbara strukturer och funktioner. Dessa inkluderar de senaste framstegen när det gäller att koppla ihop biologiska och artificiella celler och fästa ihop konstgjorda celler för att bilda "vävnader".

Ökande komplexitet

Kemi Ph.D. student och första författare till studien James Hindley hoppas kunna kontrollera allt mer komplexa reaktioner med hjälp av en serie kapslade vesiklar som reagerar på olika våglängder av ljus.

Han sa:"Förmågan att kontrollera tidpunkten och platsen för kemiska reaktioner gör dessa kapslade vesiklar väl lämpade för katalytiska tillämpningar. Det fungerar också som en grund för en andra generation av kapslade vesiklar som kan användas för att kontrollera flerstegsreaktioner, möjliggör produktion av komplexa molekyler för användning inom medicin och bioteknik."

Dessa strukturer kan styras av "fototerapi" – där en läkare använder ljus för att trigga vesiklarna på rätt ställe från utsidan av kroppen – eller så småningom kan vesiklarna till och med induceras att börja reaktioner genom att känna av kemiska förändringar i kroppen som är förknippade med sjukdom.

Vetenskapen imiterar konst

När man letar efter ett sätt att illustrera sitt arbete, teamet snubblade över en målning av Wassily Kandinsky som verkade matcha perfekt. Medförfattare Dr. Yuval Elani, från Institutionen för kemi vid Imperial, sa:"Konstverket innehåller cirklar i ett kapslat arrangemang som också ses i våra vesikelstrukturer. Färgade strober som penetrerar genom vesikeln från utsidan motsvarar den UV-strålning som används för att utlösa frisättning i vårt system.

"Svarta streck, sträcker sig genom det mindre inre, representerar material som frigörs från de inre vesiklerna, men fortfarande innesluten i den större vesikelmikroreaktorn. När vi bygger allt mer komplexa cellhärmar, vi kan också börja föreställa oss dessa streck som kommunikationsvägar mellan olika 'konstgjorda organeller'."