Erste sich selbst bewegende künstliche Zelle geschaffen

tế bào - Ảnh 1. — Neben ihrem grundlegenden wissenschaftlichen Wert eröffnet die erfolgreiche Entwicklung sich selbst bewegender künstlicher Zellen auch zahlreiche potenzielle Anwendungen in der Biomedizin und im Bauwesen – Foto: KI

In der in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Arbeit beschreibt eine Gruppe von Wissenschaftlern der Universität [Name der Universität einfügen], wie diese Studie durchgeführt wurde. Das Institut für Biotechnologie Kataloniens (IBEC) , die Universität Barcelona, das University College London, die Universität Liverpool, das Biofisika-Institut und die Ikerbasque Science Foundation erklären, dass die künstliche Zelle eine der einfachsten jemals geschaffenen Strukturen ist: Sie besteht lediglich aus einer Lipidmembran, einem Enzym und einer Pore. Dennoch ist sie in der Lage, sich anhand chemischer Reaktionen auszurichten und zu bewegen, ähnlich wie Spermien Eizellen finden oder weiße Blutkörperchen Infektionsanzeichen aufspüren.

Dieses Phänomen nennt man Chemotaxis, die Fähigkeit, sich entsprechend der Konzentration chemischer Stoffe zu bewegen – eine wichtige Überlebensfähigkeit in der biologischen Welt . Das Besondere an dieser künstlichen Zelle ist, dass sie keine komplexen Strukturen wie Flagellen oder Rezeptoren benötigt.

„Wir haben diese ganze Mobilität mit nur drei Elementen nachgebildet: einer Membran, einem Enzym und einer Kernpore. Ganz einfach. Und dann traten die verborgenen Gesetze des Lebens zutage“, erklärte Professor Giuseppe Battaglia (IBEC).

Die künstlichen Zellen bestehen aus Liposomen, Fettbläschen, die echte Zellmembranen nachahmen. Werden sie in eine Umgebung mit einem Glukose- oder Harnstoffkonzentrationsgradienten gebracht, reagieren Enzyme innerhalb der Liposomen mit diesen Molekülen und erzeugen so einen Konzentrationsunterschied.

Dieses Ungleichgewicht erzeugt eine mikroskopische Strömung über die Zelloberfläche, die die Zelle zur Seite mit der höheren Konzentration hin drängt. Die Membranporen fungieren dabei als kontrolliertes „Schleusentor“ und erzeugen die nötige Asymmetrie, um Schubkraft zu generieren – ähnlich wie ein Boot durch die Strömung des Wassers angetrieben wird.

In ihren Experimenten untersuchte das Team über 10.000 künstliche Zellen in mikrofluidischen Kanälen unter streng kontrollierten Gradientenbedingungen. Die Ergebnisse zeigten, dass sich Zellen mit mehr Kernporen deutlich stärker in Richtung der Chemotaxis bewegten; Zellen ohne Poren bewegten sich hingegen nur passiv, möglicherweise durch einfache Diffusion.

In der Natur ist die Beweglichkeit eine lebenswichtige Überlebensstrategie, die lebenden Zellen hilft, Nährstoffe zu finden, Giftstoffe zu meiden und ihr Wachstum zu koordinieren. Die präzise Simulation dieses Phänomens mit nur drei minimalen Komponenten hat Wissenschaftler der Entschlüsselung der Frage nähergebracht, wie sich das Leben in seiner frühen Evolution möglicherweise bewegt hat.

Neben ihrem grundlegenden wissenschaftlichen Wert eröffnet die Forschung auch zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der Biomedizin und im Bauwesen. So lassen sich beispielsweise künstliche Zellen entwickeln, die Medikamente gezielt an die geschädigte Stelle im Körper transportieren, chemische Veränderungen in der Mikroumgebung erkennen oder programmierbare, selbstorganisierende Systeme im Bauwesen schaffen.

Da diese zellulären Komponenten in der Biologie allgegenwärtig sind, können sie vergrößert oder angepasst werden, um weiche, biomimetische Mikroroboter zu erzeugen, die keine Metallrahmen oder elektronische Schaltkreise benötigen.

„Beobachten Sie eine künstliche Zelle in Bewegung genau. In ihr liegt das Geheimnis: wie die Zelle kommuniziert, wie sie lebenswichtige Stoffe transportiert. Doch die natürliche Biologie ist zu unübersichtlich, zu detailliert. Deshalb ‚tricksen‘ wir ein wenig. Und dann wird alles reibungslos, schön, eine reine chemische Musik“, verglich Professor Battaglia.

MINH HAI

Quelle: https://tuoitre.vn/lan-dau-tien-tao-ra-te-bao-nhan-tao-tu-di-chuyen-20250727080301666.htm