创建模拟自然细胞通信的合成细胞

通信对生命至关重要——无论是在细菌之间还是复杂的多细胞生物中，生物依赖于其细胞传递、接收和处理信号的能力。由巴塞尔大学的科尔尼莉亚·帕利万教授领导的一组研究人员，与格罗宁根大学的诺贝尔奖获得者本·费林加教授合作，成功模仿了这种自然的细胞通信，相关成果发表在科学期刊《先进材料》上。

帕利万及其团队专注于可以装填特定分子的微型聚合物容器，并可以以定向的方式打开。在他们最近的项目中，他们更进一步：“我们创建了微型容器，它们模仿细胞，并装满了专门的纳米容器。”帕利万表示。这种技术使他们能够构建简化的合成细胞，也称为原胞，具有类细胞器的特征。

研究人员引入了由聚合物、生物分子和各种纳米组件构成的原胞系统，这些组件模仿眼睛视网膜中的信号中继。该系统包括作为“发射器”的光敏原胞和作为接收器的其他原胞。

光激活

在发射器原胞中，有纳米容器——有效地说是人工细胞器——其膜嵌入了称为分子电机的独特光响应分子。这种设计使研究人员能够通过光脉冲在两个细胞之间启动通信：当发射器细胞被照亮时，光敏分子触发纳米容器打开，释放其内容物——称为物质A——到发射器细胞的内部。

物质A可以通过其聚合物外壳中的开口从发射器细胞中退出，移动到包围原胞的液体中，直到通过自身的孔进入接收器细胞。一旦进入接收器细胞，物质A与含有能将其转化为荧光信号的酶的合成细胞器相互作用。这种荧光指示着从发射器到接收器的信号传送成功。

钙离子调节荧光信号

在视网膜的自然光感受器中，钙离子通过调节信号传递到后续细胞发挥着重要作用，帮助眼睛适应明亮的光线。类似地，研究人员设计了在接收器细胞中响应钙离子的人工细胞器，使它们能够抑制物质A转化为荧光的过程。

合成组织的基础

“通过使用外部光脉冲，我们成功触发了一个由细胞器驱动的信号级联，并用钙离子对其进行了调节。建立一个在时间和空间上可控的系统，灵感来源于自然细胞通信，是一项突破性的成就，”帕利万表示。

这一创新发展为合成模仿生物细胞中复杂通信网络奠定了基础，增强了我们对这些系统的理解。它还为创建合成细胞和生物细胞之间的互动网络打开了可能性，可能导致针对疾病治疗或合成组织开发的治疗创新。