Искусственные клетки, могут чувствовать и реагировать на окружающую среду

Ученые Имперского колледжа Лондона создали искусственные клетки, которые имитируют биологические клетки, реагируя на химические изменения в окружающей среде.

Искусственные клетки могут быть использованы для определения изменений в организме и реагирования путем высвобождения молекул лекарственного средства или для обнаружения и удаления вредных металлов в окружающей среде.

Реагирование на химические изменения является важной функцией биологических клеток. Например, клетки могут реагировать на химические вещества, создавая определенные белки, повышая выработку энергии или самоуничтожаясь. Химические вещества также используются клетками для связи друг с другом и координации ответа или отправки сигнала, например, болевого импульса.

Однако в естественных клетках эти химические реакции могут быть очень сложными, включать несколько этапов. Это затрудняет работу с ними, например, если исследователи хотели, чтобы природные клетки производили что-то полезное, например молекулу лекарственного средства.

Вместо этого, имперские исследователи создают искусственные клетки, которые гораздо проще имитируют эти химические реакции.

Команда создала первые искусственные клетки, которые могут воспринимать и реагировать на внешний химический сигнал посредством активации искусственного сигнального пути. Эти клетки чувствуют ионы кальция и отвечают флуоресцентным светом. Результаты работы ученых опубликованы в Известиях Национальной академии наук .

Первый автор Джеймс Хиндли (химический факультет Imperial) сказал: «Эти системы могут быть разработаны для использования в биотехнологии. Например, мы можем предусмотреть создание искусственных клеток, способных воспринимать маркеры рака и синтезировать лекарство в организме, или искусственные клетки, которые могут ощущать опасные тяжелые металлы в окружающей среде и выделять селективные губки для их очистки».

Команда создала искусственную клетку с более мелкими клетками («пузырьками») внутри. Край клетки образован мембраной, содержащей поры, позволяющие ионам кальция проникать внутрь, где они активируют ферменты, которые заставляют пузырьки высвобождать флуоресцирующие частицы.

Джеймс добавил: «Мы создали усеченную версию пути, существующего в природе, используя искусственные клетки и элементы из разных природных систем, чтобы создать более короткий и эффективный путь, приводящий к тем же результатам».

Система исследователей более проста, потому что ей не нужно учитывать многие вещи, которые клеткам необходимо обойти в естественных системах. Например, такие как побочные продукты, токсичные для клетки.

Внутри системы поры мембраны и ферменты, активируемые кальцием, происходят из существующих биологических систем – например, фермент взят из пчелиного яда – но они не могут быть обнаружены в той же среде в природе.

Исследователи говорят, что это замечательная возможность – использовать искусственные клетки для создания химических реакций, поскольку так значительно легче смешивать элементы, найденные отдельно в природе.

Достижения химии и нанотехнологий также могут быть интегрированы, создавая системы и пути, которые трудно спроектировать в биологии.

Соавтор профессор химического факультета Imperial Оскар Чес сказал: «Адаптивный аспект нашей системы означает, что исследователи могут использовать элементы со всей природы для создания новых химических путей, разработанных с особыми целями. Наша система шаблонов также проста в настройке и может быть использована для быстрого тестирования любой новой комбинации элементов».

Похожие новости