سلول‌های مصنوعی با قابلیت تقلید از طبیعت ساخته می‌شود

دانشمندان یک قدم به تولید سلول‌های مصنوعی که می‌توانند با ماده زنده تعامل داشته باشند و از طبیعت تقلید کنند، نزدیک‌تر شده‌اند.

به گزارش تک ناک، برای دهه‌ها، محققان مجذوب فرآیند تقسیم سلولی شده‌اند، فرآیندی بسیار پیچیده که توسط ترکیب دقیقی از اجزا هدایت می‌شود.
در حالی که مدتی طول می‌کشد تا سلول‌های مصنوعی کاملاً کاربردی داشته باشیم، مطالعه‌ای که توسط محققان موسسه مواد تعاملی لایب‌نیتس(DWI) انجام شد، این هدف را یک قدم به آن نزدیک‌تر کرده است.
این مطالعه ادغام ماشین‌های تقسیم سلولی در سلول‌های مصنوعی را توصیف می‌کند که یک پیشرفت در این زمینه محسوب می شود.
تحقیقات در DWI توسط رهبر سابق گروه کاری سزار رودریگز-امنگر، که اکنون استاد IBEC بارسلونا است، هدایت شد.

تکرار تقسیم سلولی باکتریایی
ایجاد سلول های مصنوعی که عملکردها و رفتارهای بیولوژیکی را تقلید می کنند، یکی از بزرگترین چالش ها در زمینه مواد تعاملی الهام گرفته شده از طبیعت است. برای ایجاد سلول‌های مصنوعی، محققان غشاهای سلولی را تکثیر کردند که می‌توانند با ماشین‌های تقسیم سلولی فعال (بخش) بدون از دست دادن عملکردشان تعامل داشته باشند.

دیویزوم یک سیستم پروتئینی بسیار پیچیده است که وظیفه تقسیم سلولی در باکتری ها را بر عهده دارد. حلقه ای در اطراف وسط سلول باکتری ایجاد می کند که سپس سلول باکتری را منقبض کرده و به دو نیم می کند.
Divisome با تعامل با غشای سلولی مصنوعی با همان قدرت و پویایی مانند غشاهای طبیعی کار می کند، چالشی که قبلاً انجام نشده بود.
اگر غشاء ضخامت مناسبی نداشته باشد، پروتئین های تقسیم شده به هم نمی چسبند. چالش دیگر نیرو است، زیرا تعادل جاذبه و دافعه بین پروتئین ها و غشاء بسیار مهم است. در نهایت، غشاء باید بسیار متحرک، انعطاف پذیر و پایدار باشد تا بتواند در برابر نیروهای وارد شده توسط پروتئین ها به آن مقاومت کند.

برای غلبه بر این موانع، محققان بلوک‌های ساختمانی ماکرومولکولی جدیدی طراحی کردند و آنها را طوری برنامه‌ریزی کردند که در غشاء جمع شوند و به شیوه‌ای از پیش تعیین‌شده با تقسیم‌بندی تعامل کنند. این رویکرد به تیم تحقیقاتی اجازه داد تا رفتار تقسیم‌بندی را در سلول‌های مصنوعی به دقت بازتولید کنند.

پیش از این، محققان سعی کرده‌اند این فرآیند را در سیستم‌های مختلف تقلید کنند، اما تنها زمانی موفق شدند که این سیستم از لیپیدها ( اجزای طبیعی تشکیل دهنده غشای سلولی ) ساخته شده بود.
به همراه پروفسور هرمان، معاون مدیر علمی DWI، تیم پروفسور رودریگز-امنگر نیز توسعه پلیمرهای شانه ای متصل به یونی را نشان دادند که در آب به خودی خود جمع می شوند و به وزیکول هایی با ضخامت غشای بیومیمتیک تبدیل می شوند. آنها نام این ترکیبات یونی را (i-combisomes) گذاشتند.

آن‌ها سپس با گرفتن سلول‌های باکتریایی زنده و ادغام سلول‌های پیرامونی آن‌ها در غشای مصنوعی، هیبریدهای ترکیبی با باکتری ایجاد کردند، نقطه عطفی که قبلاً هرگز به دست نیامده بود.
درجه شباهت زیاد در i-combisomes، قابلیت تنظیم ترکیب شیمیایی و بیولوژیکی غشاء، و توانایی ترکیب شدن با ماده زنده به طور بالقوه می تواند منجر به ساخت سلول های مصنوعی با عملکردهای پیشرفته شود.

راهی جدید برای بهبود پزشکی
سلول‌های مصنوعی را می‌توان طوری برنامه‌ریزی کرد که وظایفی را انجام دهند که سلول‌های طبیعی نمی‌توانند آن‌ها را انجام دهند و در بیوپزشکی فرصت‌های زیادی را ایجاد میکند. به عنوان مثال، یک سلول مصنوعی می تواند برای تقلید از یک سلول ایمنی طراحی شود و به طور دقیق روی سلول های سرطانی کار انجام دهد.
نتیجه این تحقیق می تواند منجر به افزایش اثربخشی درمانی و کاهش خطر عوارض جانبی سمی داروها شود. یک سلول مصنوعی می‌تواند برای حس کردن تغییرات در بدن استفاده شود و با آزاد کردن ترکیبات لازم برای واکنش نشان دهد.این مطالعه در مجله Advanced Materials منتشر شده است.