Eerste zelfbewegende kunstmatige cel gecreëerd

tế bào - Ảnh 1. — Naast de fundamentele wetenschappelijke waarde opent het succes van het creëren van zelfbewegende kunstmatige cellen ook veel potentiële toepassingen in de biomedische wetenschap en de bouw - Foto: AI

In het werk dat in het tijdschrift Science is gepubliceerd, heeft een groep wetenschappers van Het Instituut voor Biotechnologie van Catalonië (IBEC) , de Universiteit van Barcelona, University College London, de Universiteit van Liverpool, het Biofisika Instituut en de Ikerbasque Science Foundation stellen dat de kunstmatige cel een van de eenvoudigste structuren is die ooit zijn gemaakt: hij bestaat slechts uit een lipidemembraan, een enzym en een porie. Toch kan hij zich oriënteren en bewegen op basis van chemische reacties, net zoals sperma eicellen vindt of witte bloedcellen tekenen van infectie opsporen.

Dit fenomeen wordt chemotaxis genoemd, het vermogen om te bewegen op basis van chemische concentraties, wat een belangrijke overlevingsvaardigheid is in de biologische wereld . Het bijzondere aan deze kunstmatige cel is dat hij geen complexe structuren zoals flagellen of receptoren nodig heeft.

"We hebben al deze mobiliteit nagebootst met slechts drie elementen: een membraan, een enzym en een kernporie. Geen gedoe. En toen kwamen de verborgen regels van het leven naar boven", aldus professor Giuseppe Battaglia (IBEC).

De kunstmatige cellen bestaan uit liposomen, vettige bubbels die echte celmembranen nabootsen. Wanneer ze in een omgeving met een glucose- of ureumconcentratiegradiënt worden geplaatst, reageren enzymen in de liposomen met deze moleculen, waardoor een concentratieverschil ontstaat.

Die onbalans creëert een microscopische stroming over het celoppervlak, waardoor het naar de kant met de hoogste concentratie wordt geduwd. De membraanporiën fungeren als een gecontroleerde "sluisdeur" en creëren de asymmetrie die nodig is om stuwkracht te genereren, vergelijkbaar met de manier waarop een boot zich voortbeweegt door de waterstroom.

In hun experimenten onderzocht het team meer dan 10.000 kunstmatige cellen in microfluïdische kanalen onder strikt gecontroleerde gradiëntomstandigheden. De resultaten toonden aan dat cellen met meer kernporiën krachtiger in de richting van chemotaxis bewogen; cellen zonder poriën bewogen slechts passief, mogelijk door middel van eenvoudige diffusie.

In de natuur is beweeglijkheid een essentiële overlevingsstrategie die levende cellen helpt voedingsstoffen te vinden, gifstoffen te vermijden en hun groei te coördineren. Door dit fenomeen nauwkeurig te simuleren met slechts drie minimale componenten, zijn wetenschappers dichter bij het ontcijferen gekomen van hoe het leven zich in de vroege evolutie zou kunnen hebben ontwikkeld.

Naast de fundamentele wetenschappelijke waarde opent het onderzoek ook vele potentiële toepassingen in de biomedische wetenschap en de bouw. Zo kunnen kunstmatige cellen worden ontworpen om medicijnen naar de juiste plek in het lichaam te brengen, chemische veranderingen in de micro-omgeving te detecteren of programmeerbare zelforganiserende systemen te creëren in de bouwsector.

Omdat deze cellulaire componenten alomtegenwoordig zijn in de biologie, kunnen ze worden opgeschaald of aangepast om zachte biomimetische microrobots te creëren die geen metalen frames of elektronische circuits nodig hebben.

"Kijk eens goed naar een bewegende kunstmatige cel. Daarin schuilt het geheim: hoe de cel fluistert, hoe hij vitale dingen transporteert. Maar natuurlijke biologie is te ruisig, te gedetailleerd. Dus 'vals spelen' we een beetje. En dan wordt alles gestroomlijnd, prachtig, een pure chemische muziek," vergeleek professor Battaglia.

Reactie (0)