人工产生的细胞相互通信

人工产生的细胞相互通信

慕尼黑工业大学(TUM)的研究人员Friedrich Simmel和Aurore Dupin首次创造出可以相互通信的人造细胞组件。这些细胞由脂肪膜分离，通过交换小的化学信号分子来触发更复杂的反应，如RNA和其他蛋白质的生成。世界各地的科学家都在致力于创造模拟生物行为的人造细胞系统。Friedrich Simmel和Aurore Dupin现在第一次在固定的空间安排中创造出这样的人造细胞组件。最重要的是这些细胞能够相互通信。

慕尼黑大学合成生物系统物理学(E14)教授弗里德里希·西梅尔解释说:“我们的系统是向类似组织的合成生物材料迈出的第一步，这种材料表现出复杂的时空行为，在这种行为中，单个细胞进行专门化和分化，这与生物有机体没有什么不同。”

基因在固定结构中的表达.包裹在薄脂肪或聚合物膜中的凝胶或乳化液滴是人造细胞的基本组成部分。在这些10到100微米大小的装置内，化学和生化反应可以不受抑制地进行。研究小组利用脂质膜包裹的液滴，将它们组装成人工多细胞结构的“微组织”。液滴中的生化反应溶液可以产生RNA和蛋白质，使细胞具有一种基因表达能力。

细胞信号交换与空间分化.但这还不是全部:小的“信号分子”可以通过细胞膜或细胞膜内的蛋白质通道在细胞之间交换。这使得它们可以在时间和空间上相互结合。系统因此变得动态——就像在现实生活中一样。

化学脉冲因此在细胞结构中传播并传递信息。这些信号也可以作为触发器，让最初相同的细胞以不同的方式发育。“我们的系统是多细胞系统的第一个例子，在多细胞系统中，具有基因表达的人造细胞具有固定的排列方式，并通过化学信号耦合。”通过这种方式，我们实现了一种空间分化，”Simmel说。

模型，微型工厂和微型传感器.开发这类合成系统很重要，因为它们使科学家能够在模型中研究生命起源的基本问题。只有在细胞开始专门化并在相互合作的细胞之间分配工作之后，复杂的生物体才有可能存在。这是基础研究中最令人着迷的问题之一。

研究人员希望利用特制细胞系统的模块化构建工具包来模拟未来生物系统的各种特性。其原理是细胞对环境做出反应，并学会独立行动。第一批应用已经出现:从长远来看，人造细胞组件可以部署为生产特定生物分子的微型工厂，或者作为处理信息并适应其环境的微型机器人传感器。

来自3d打印机的单元格.Friedrich Simmel和Aurore Dupin仍然使用微操作器手工组装他们的细胞系统。不过，他们计划在未来与慕尼黑应用科学大学(Munich University of Applied Sciences)合作，利用3d打印技术系统地构建更大、更逼真的系统。