Forskare har stora drömmar för konstgjorda celler. Dessa repliker av biologiska celler i laboratoriet kan hjälpa till att förstå hur levande organismer fungerar. Även om många framsteg har gjorts i hur man konstruerar konstgjorda celler, fenomenen bakom deras kommunikation och deras beteende förblir i stort sett outforskade. Forskare från TU/e ​​och Radboud University har utvecklat gemenskaper av konstgjorda celler som kommunicerar med varandra med aldrig tidigare skådad kraft. Deras studier främjar utvecklingen av konstgjorda celler som, genom att vara "sammankopplade", skulle kunna användas – för att nämna några – för att leverera droger mer exakt till sina mål, besegra cancerceller, eller till och med förbättra noggrannheten i diagnostiska tester. Resultaten publiceras idag i Naturkommunikation .

Biologiska celler använder en mängd olika signaleringsprocesser för att utbyta information med varandra och för att "känna" sin miljö. För att förstå hur celler koordinerar sina beteenden genom kommunikation med varandra, forskare över hela världen har gjort stora framsteg när det gäller att "konstruera" celler och återskapa sina kommunikationsnätverk i laboratoriet. Tills helt nyligen, dock, fokus har legat på design av konstgjorda celler som fungerar isolerat.

gemenskaper

"Levande system fungerar i allmänhet inte isolerat. Snarare, de är ofta intimt förbundna som samarbetspartners eller konkurrenter", förklarar Jan Van Hest, professor vid institutionerna för biomedicinsk teknik och kemiteknik och kemi, och föreståndare för Institutet för komplexa molekylära system vid TU/e. Av denna anledning, han, tillsammans med dr. Bastiaan Buddingh, utvecklade samhällen av artificiella celler snarare än individuella. För att bygga dem, de använde gigantiska vesiklar bestående av fosfolipider, huvudbeståndsdelarna i det yttersta lagret av djurceller.

Avsändare och mottagare

Att studera intercellulär kommunikation, forskarna utvecklade två gemenskaper:en som producerade en kemisk signal ('sändare') och en annan programmerad att uppfatta den kemiska signalen ('mottagare'). Specifikt, avsändare svarar på en extern trigger och bearbetar denna till en signalmolekyl som frigörs. Denna signalmolekyl diffunderar genom den extracellulära miljön tills den når en mottagare, som känner igen den kemiska signalen och aktiveras som svar på informationen som förmedlas av avsändaren.

Signalförstärkning

"Beroende på avståndet mellan avsändare och mottagare, koncentrationen av signalmolekyler kan vara extremt låg när de når en mottagare", de förklarar. "Signalförstärkning är därför viktig för aktiveringen av mottagarna. Vi laddade mottagarna med ett specifikt enzym som kan bearbeta låga koncentrationer av signalmolekyler, vilket därigenom resulterar i en förstärkning av signalen vid mottagaren. Detta underlättar även spridningen av signaler över långa avstånd. En dag kan vi skapa nätverk där flera typer av konstgjorda celler med specialiserad funktion samarbetar i samhällen, precis som det händer i biologiska vävnader."

Denna studie publicerades den 3 april i Naturkommunikation under titeln "Intercellulär kommunikation mellan artificiella celler genom allosterisk amplifiering av en molekylär signal."