Система, созданная командой из Имперского колледжа Лондона, инкапсулирует биологические клетки внутри искусственной клетки. Используя это, исследователи могут использовать естественную способность биологических клеток обрабатывать химические вещества, защищая их от окружающей среды.Эта система может привести к таким приложениям, как клеточные «батареи», работающие за счет фотосинтеза, синтеза лекарств внутри тела и биологических датчиков, которые могут выдерживать суровые условия.Предыдущий дизайн искусственных клеток включал в себя взятие частей биологического «механизма» клетки — например, ферментов, поддерживающих химические реакции, — и помещения их в искусственные оболочки.
Новое исследование, опубликованное сегодня в Scientific Reports, идет еще дальше и помещает целые клетки в искусственные оболочки.Искусственные клетки также содержат ферменты, которые совместно с биологической клеткой производят новые химические вещества. В эксперименте по проверке концепции искусственные клеточные системы производили флуоресцентное химическое вещество, которое позволило исследователям подтвердить, что все работает, как ожидалось.Ведущий исследователь профессор Оскар Сес из химического факультета Imperial сказал: «Биологические клетки могут выполнять чрезвычайно сложные функции, но их трудно контролировать, пытаясь использовать один аспект.
Искусственные клетки легче программировать, но мы пока не можем построить в большой сложности.«Наша новая система устраняет разрыв между этими двумя подходами, объединяя целые биологические клетки с искусственными, так что механизмы обоих работают согласованно, чтобы производить то, что нам нужно. Это сдвиг парадигмы в мышлении о том, как мы проектируем искусственные клетки, что поможет ускорить исследования приложений в здравоохранении и за его пределами ".Для создания системы команда использовала микрофлюидику: направляя жидкости через небольшие каналы.
Используя воду и масло, которые не смешиваются, они смогли сделать капли определенного размера, содержащие биологические клетки и ферменты. Затем они нанесли на капли искусственное покрытие, чтобы обеспечить защиту и создать искусственную клеточную среду.
Они протестировали эти искусственные клетки в растворе с высоким содержанием меди, которая обычно очень токсична для биологических клеток. Команде все еще удавалось обнаруживать флуоресцентные химические вещества в большинстве искусственных клеток, что означает, что биологические клетки все еще были живы и функционировали внутри. Эта способность будет полезна в организме человека, где искусственная клеточная оболочка будет защищать чужеродные биологические клетки от атаки иммунной системы организма.
Первый автор исследования доктор Юваль Элани, научный сотрудник EPSRC, также из Департамента химии, сказал: «Система, которую мы разработали, является управляемой и настраиваемой. Вы можете создавать искусственные клетки разных размеров воспроизводимым образом, и есть потенциал для добавления во все виды клеточных механизмов, таких как хлоропласты для фотосинтеза или искусственные микробы, которые действуют как сенсоры ».Чтобы улучшить функциональность этих систем искусственных клеток, следующим шагом будет создание искусственного покрытия, которое будет действовать как биологическая мембрана, но с особыми функциями.Например, если бы мембрана могла быть спроектирована так, чтобы открываться и высвобождать химические вещества, производимые внутри, только в ответ на определенные сигналы, их можно было бы использовать для доставки лекарств в определенные области тела.
Это было бы полезно, например, при лечении рака, чтобы высвобождать целевые лекарства только в месте опухоли, уменьшая побочные эффекты.Хотя до такой системы еще далеко, команда считает, что это многообещающий шаг в правильном направлении.
Эта работа является первым примером объединения живых и неживых компонентов, появившимся в новом центре искусственной клеточной науки Имперского и Королевского колледжей FABRICELL.