慕尼黑工業(yè)大學的研究人員弗里德里希西梅爾(Friedrich Simmel)和奧拉杜平(Aurore Dupin)首次創(chuàng)造了可以相互通信的人工細胞模塊。被脂肪膜隔開的細胞交換小的化學信號分子，從而引發(fā)更復(fù)雜的反應(yīng)，例如產(chǎn)生RNA和其他蛋白質(zhì)。
世界各地的科學家正在努力創(chuàng)造模仿生物行為的人工細胞系統(tǒng)。弗里德里希西梅爾和奧羅爾杜平現(xiàn)在首次創(chuàng)建了這種具有固定空間布局的人工細胞模塊。關(guān)鍵是細胞可以相互交流。
慕尼黑工業(yè)大學合成生物系統(tǒng)物理學(E14)教授Friedrich Simmel解釋說：“我們的系統(tǒng)是邁向具有復(fù)雜時空行為的類組織合成生物材料的第一步，在這種生物材料中，單個細胞特化并區(qū)分自己，這與生物有機體不同。
基因在固定的結(jié)構(gòu)中表達。
包裹在薄脂肪或聚合物薄膜中的凝膠或乳液液滴被用作人工細胞的基本構(gòu)件。在這些10至100微米大小的單元中，化學和生物化學反應(yīng)可以不受限制地進行。
研究小組利用脂質(zhì)膜密封的液滴將它們組裝成被稱為“微組織”的人工多細胞結(jié)構(gòu)。液滴中使用的生化反應(yīng)液可以產(chǎn)生RNA和蛋白質(zhì)，使細胞具有基因表達能力。
細胞的信號交換和空間分化
但這還不是全部：小的“信號分子”可以通過細胞膜或細胞膜中的蛋白質(zhì)通道在細胞之間交換。這允許它們在時間和空間上相互耦合。因此，系統(tǒng)變得充滿活力——就像在現(xiàn)實生活中一樣。
因此，化學脈沖通過細胞結(jié)構(gòu)傳播并傳遞信息。信號也可以作為觸發(fā)因素，讓相同的細胞在最初有不同的發(fā)展?！拔覀兊南到y(tǒng)是多細胞系統(tǒng)的第一個例子，其中具有基因表達的人工細胞具有固定的排列，并通過化學信號耦合。通過這種方式，我們實現(xiàn)了一種形式的空間分化，”西梅爾說。
模型、小型工廠和微型傳感器
開發(fā)這些合成系統(tǒng)非常重要，因為它們允許科學家在模型中研究生命起源的基本問題。只有當細胞開始特化并分布在協(xié)同的細胞之間，才能實現(xiàn)復(fù)雜的生物，這是基礎(chǔ)研究中最引人入勝的問題之一。
研究人員使用定制的模塊化細胞系統(tǒng)構(gòu)建套件，希望在未來模擬生物系統(tǒng)的各種特性。這個想法是細胞對環(huán)境做出反應(yīng)，學會獨立行動。
第一批應(yīng)用已經(jīng)出現(xiàn)：從長遠來看，人工細胞模塊可以作為生產(chǎn)特定生物分子的小工廠，或者作為處理信息和適應(yīng)其環(huán)境的微型機器人傳感器。
三維打印機的單位
弗里德里希西梅爾和奧羅爾杜平仍然使用顯微操作器手工組裝他們的細胞系統(tǒng)。然而，在未來，他們計劃與慕尼黑應(yīng)用科學大學合作，例如，利用3D打印技術(shù)系統(tǒng)地構(gòu)建更大、更逼真的系統(tǒng)。
這項工作由歐洲研究理事會和DFG卓越納米系統(tǒng)倡議資助。Aurore Dupin由DFG研究和培訓小組“合成生物學的化學基礎(chǔ)”資助。
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