Ученые создают искусственные клетки, имитирующие способности живых клеток

Прочитано: 250 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Оценок пока нет)
Loading ... Loading ...


Исследователи разработали искусственные клеточно-подобные структуры с использованием неорганического вещества, которые автономно поглощают, обрабатывают и выталкивают материал, воссоздавая важную функцию живых клеток.

Статья, опубликованная в журнале Nature , представляет собой план создания «имитаторов клеток» с потенциальными приложениями, начиная от доставки лекарств и заканчивая наукой об окружающей среде.

Фундаментальная функция живых клеток — это их способность собирать энергию из окружающей среды, чтобы закачивать молекулы в свои системы и из них. Когда энергия используется для перемещения этих молекул из областей с более низкой концентрацией в области с более высокой концентрацией, этот процесс называется активным переносом. Активный транспорт позволяет клеткам принимать необходимые молекулы, такие как глюкоза или аминокислоты, накапливать энергию и извлекать отходы.

На протяжении десятилетий исследователи работали над созданием искусственных клеток — сконструированных микроскопических структур, имитирующих особенности и поведение биологических клеток. Но эти имитаторы клеток, как правило, не способны выполнять сложные клеточные процессы, такие как активный транспорт.


В исследовании Nature исследователи из Нью-Йоркского и Чикагского университетов описывают новый, полностью синтетический имитатор клеток, который на один шаг ближе к воспроизведению функции живых клеток. При развертывании в смеси различных частиц имитаторы клеток могут выполнять активные транспортные задачи, автономно улавливая, концентрируя, храня и доставляя микроскопические грузы. Эти искусственные клетки изготавливаются с использованием минимального количества ингредиентов и не заимствуют материалы из биологии.

Чтобы создать имитацию клеток, исследователи создали сферическую мембрану размером с эритроцит, используя полимер, заменяющий клеточную мембрану, которая контролирует то, что входит и выходит из клетки. Они проделали микроскопическое отверстие в сферической мембране, создав наноканал, через который можно обмениваться веществом, имитируя белковый канал клетки.

Но для того, чтобы выполнять задачи, необходимые для активного транспорта, имитаторам клеток нужен был механизм, который приводил в действие клеточную структуру, чтобы втягивать и вытеснять материал. В живой клетке митохондрии и АТФ обеспечивают необходимую энергию для активного транспорта. В имитации клетки исследователи добавили химически активный компонент внутрь наноканала, который при активации светом действует как насос. Когда свет попадает на насос, он запускает химическую реакцию, превращая насос в крошечный вакуум и втягивая груз в мембрану. Когда насос выключен, груз захватывается и обрабатывается внутри имитатора ячейки. А когда химическая реакция меняется на противоположную, груз выталкивается по требованию.

«Наша концепция дизайна позволяет этим искусственным имитаторам клеток работать автономно и выполнять активные транспортные задачи, которые до сих пор были ограничены царством живых клеток», — сказал Стефано Саканна, доцент химии Нью-Йоркского университета и ведущий автор исследования. «В основе конструкции клеточной структуры лежит синергия между активным элементом, который питает ее изнутри, и физическими ограничениями, налагаемыми клеточными стенками, позволяющими им поглощать, обрабатывать и изгонять инородные тела».

Исследователи протестировали имитацию клеток в различных средах. В одном эксперименте они подвесили имитаторов клеток в воде, активировали их светом и наблюдали, как они поглощают частицы или примеси из окружающей их воды, что иллюстрирует потенциальное применение для очистки воды от микроскопических загрязнителей.

«Подумайте о имитаторах клеток, как о видеоигре PAC-MAN — они едят загрязнители и удаляют их из окружающей среды», — сказала Саканна.

В другом эксперименте они продемонстрировали, что имитаторы клеток могут заглатывать бактерии E. coli и улавливать их внутри мембраны, потенциально предлагая новый метод борьбы с бактериями в организме. Другим будущим применением имитаторов клеток может быть доставка лекарств, учитывая, что они могут высвобождать предварительно загруженное вещество при активации.

Исследователи продолжают разрабатывать и изучать имитаторы клеток, в том числе создавать такие, которые выполняют разные задачи и изучают, как разные типы взаимодействуют друг с другом.

Ученые создают искусственные клетки, имитирующие способности живых клеток



Новости партнеров

Загрузка...