Künstliche Zellen kommunizieren mit organischen Zellen

Künstliche Zellen kommunizieren mit organischen Zellen

Mikroskopische Aufnahme künstlicher Zellen. Pink ist das Protein, Cyan ist die Membranfärbung. Bildnachweis: Marilyn Van Stevendahl

Bei der Nachahmung von Organoiden ist tatsächlich vieles möglich. So hat die Gruppe um Jan van Hest eine künstliche Zellplattform entwickelt, auf der alle möglichen Aspekte der Zelle simuliert werden können, um sie besser zu verstehen. Mit ihrem Hintergrund in Zellbiologie und Biochemie wollte Marlene van Stevendahl untersuchen, ob es diesen künstlichen Zellen möglich ist, mit organischen Zellen zu kommunizieren. Wie ihr das gelang, beschreibt sie in ihrer Dissertation.


Seit Jahrzehnten fasziniert die Frage, was Leben ist, Forscher. Infolgedessen entwickeln sich die Definitionen von Geweben und Organismen ständig weiter. Die kleinsten Lebensformen sind zum Beispiel Zellen, die sich aus verschiedenen Teilen zusammensetzen. Darüber hinaus sind sie in der Lage, Energie zu produzieren, sich fortzupflanzen und mit der Umwelt zu kommunizieren. Um diese Phänomene besser zu verstehen, versuchen Forscher, aus kleinsten Bausteinen lebende Zellen herzustellen. Das bedeutet, einzelne Bausteine ​​wie Lego zusammenzusetzen, um zelluläre Eigenschaften nachzuahmen.

in ihrer Promotion Die Forschung an der Gruppe für organische Biochemie, Marlene van Steendael, konzentrierte sich auf die Entwicklung künstliche Zellen Es kann intestine mit lebendem Gewebe zusammenarbeiten. Diese Zusammenarbeit könnte es schließlich ermöglichen, beispielsweise synthetische Zellen für den gezielten Transport von Signalmolekülen einzusetzen. Darüber hinaus fördert diese Forschung unser Verständnis davon, wie Organoide auf der grundlegendsten Ebene kommunizieren.

Gute Kommunikation setzt in erster Linie voraus, dass künstliche Zellen lebenden Zellen nicht schaden. Außerdem müssen sie über ein Kommunikationssystem verfügen, über das lebende Zellen reagieren und ihr Verhalten ändern können. Schließlich soll es möglich sein, künstliche Zellen in die komplexe Umgebung lebender Zellen und Gewebe zu integrieren.

Zellplattform

„Ich habe während meines Bachelor- und Masterstudiums mehrere Praktika gemacht, darunter ein Praktikum bei Jan van Hest (Professor für Bioorganische Chemie und Direktor des ICMS), bei dem ich teilweise rein chemisch geforscht habe, während ich teilweise mit lebenden Zellen gearbeitet habe ., ich wollte diese Welten verbinden“, sagt van Steevenaal. “Ich wollte eine synthetische Zellplattform entwickeln, die die Kriterien für die Zusammenarbeit mit lebenden Zellen erfüllt. Die Zellplattform bedeutet, dass wir eine grundlegende Möglichkeit haben, verschiedene Arten von Aspekten der Zelle mit genau den Eigenschaften zu simulieren, nach denen wir suchen.”

„Die Plattform, die wir für diesen Zweck verwenden, basiert auf phasentrennenden Polymeren, die Tröpfchen bilden, die Koazervate genannt werden.“ Zunächst haben wir untersucht, wie sich die Verwendung von Struktur und Materialien und die Konstruktion dieser synthetischen Zellen auf die Lebensfähigkeit verschiedener Zelltypen auswirken würden. Und wir fanden heraus, dass wir die freien Polymere in den synthetischen Zellen entfernen mussten, um sie daran zu hindern. Aber es warfare intestine zu sehen, dass die synthetischen Zellen selbst den lebenden Zellen nicht schaden.

Künstliche Zellen kommunizieren mit organischen Zellen

Mikroskopische Aufnahme des Nierenorgans. Kredit: Dr. Jitske Jansen (Radboud UMC)

Kommunikation

Zellen kommunizieren auf unterschiedliche Weise, aber eine davon ist über Proteine. Künstliche Zellen können noch nicht regulieren Protein Die notwendige Befreiung dieser Kind der Kommunikation durch die Poren auf der Membran eines Organells – aber dafür fand Van Steevendahl eine Lösung. „Wir haben ein System entwickelt, das in Zukunft mit lebenden Zellen kommunizieren kann. Dieses Kommunikationssystem soll Proteine ​​zwischen künstlichen Zellen übertragen. In unserer Forschung funktionierte das System tatsächlich in Gegenwart lebender Zellen, wobei auch Proteine ​​verwendet wurden.“ haben die Fähigkeit, Signale an lebende Zellen weiterzugeben.“ Beispiele für diese Proteine ​​sind Antikörper und Zytokine. Chemikalien sind eine spezielle Gruppe von Zytokinen, und wir haben begonnen, an ihnen zu arbeiten.“

Chemokine sind Proteine, die Zellen verwenden, um sich gegenseitig zu steuern. Unter dem Einfluss der richtigen Chemikalien wissen Gewebe zum Beispiel, wo Blutgefäße Es muss erstellt werden. Van Stevendaal verwendete aus Nierengewebe kultivierte Organismen. Das sind Stücke lebenden Nierengewebes, die zusammen noch keine funktionsfähige Niere bilden, aber wie Nierengewebe reagieren. Mit anderen Worten, eine vereinfachte organische Model eines Stücks Faculty.

„Die synthetischen Zellen, die wir verwenden, werden aus Materialien gebaut, die in der Natur überhaupt nicht vorkommen, obwohl andere Forscher synthetische Zellen nur aus natürlichen Bausteinen wie DNA herstellen“, fügt van Steevenaal hinzu.

“Wir haben begonnen Kommunikationssystem mit einem “Modell”-Protein um unsere künstlichen Zellen, damit wir unser System unter dem Mikroskop richtig charakterisieren können. Lebende Zellen reagieren jedoch nicht auf dieses Protein, weshalb wir uns Chemokinen zugewandt haben. Dann ließen wir das System auf UV-Strahlen reagieren. Auf diese Weise haben wir ein einfaches Ein-/Aus-System geschaffen, das in komplexen Umgebungen verwendet werden kann. So konnten wir künstliche Zellen herstellen, die Chemokine absondern, sobald sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden.“

Zusammenarbeit auf zellulärer Ebene

Studieren und Kommunizieren mit synthetischen Zellen Lebende Zellen Sie bietet vielfältige Möglichkeiten der Forschung. Van Stevendahl sagt: „Wir hoffen, eines Tages mehr darüber zu erfahren, wie das Leben entstanden ist und wie sicher es ist zelluläre Prozesse Sprechen, wie DNA übersetzen. Darüber hinaus sind diese künstlichen Zellen vielversprechend für ihren Einsatz als intelligente Mikromaschinen zur Lösung biomedizinischer Probleme.“

Die Forschung von Van Stevendaal ist ein ausgezeichneter Schritt in Richtung Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen künstlichen Zellen und lebendem Gewebe, aber es bedarf weiterer Forschung. Der Development geht dahin, die Organellen komplexer zu machen, damit sie zum Beispiel die Organe besser nachahmen. In den kommenden Jahren wird die Forschung zur Chemokin-Signalgebung unter Verwendung anderer bekannter chemischer Kombinationen fortgesetzt.

Mehr Informationen:
Marilyn Helena Martin Elizabeth Van Stevendahl, Geometrische Wechselwirkungen an der Schnittstelle von lebenden und synthetischen Zellen. search.tue.nl/nl/publication … live und synthetisch

das Zitat: Artificial Cells Talk with Organoid (2022, 12. Okt.) Abgerufen am 5. November 2022 von https://phys.org/information/2022-10-synthetic-cells-1.html

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