Синтетические клетки научились общаться с живыми

Исследователи из группы Яна ван Хеста разработали платформу синтетических клеток, имитирующую различные аспекты живых клеток. В своей диссертации Марлин ван Стевендал описала, как ей удалось добиться коммуникации между этими искусственными системами и органическими клетками.

Целью работы было создание синтетических клеток, способных к сотрудничеству с живой тканью, что в перспективе может привести к целенаправленной доставке сигнальных молекул. Исследование также углубляет фундаментальное понимание клеточной коммуникации.

Критерии успешного взаимодействия

Для эффективной коммуникации синтетические клетки должны:

• Не быть токсичными для живых клеток.
• Иметь систему коммуникации, на которую живые клетки могут реагировать и менять своё поведение.
• Интегрироваться в сложную среду живых клеток и тканей.

Платформа на основе коацерватов

В основе платформы лежат фазоразделяющие полимеры, образующие капли — коацерваты. Исследования показали, что для предотвращения токсичности необходимо удалять свободные полимеры из синтетических клеток. Сами же искусственные клетки не наносили вреда живым.

Система коммуникации через белки

Клетки общаются, в том числе, с помощью белков. Поскольку синтетические клетки не могут регулировать высвобождение белков через поры, как это делают органические, был разработан альтернативный подход.

Исследователи создали систему для передачи белков между синтетическими клетками в присутствии живых клеток. В работе использовались белки, способные в будущем передавать сигналы живым клеткам, например, антитела и цитокины, в частности хемокины.

Хемокины — это белки, с помощью которых клетки направляют движение друг друга (например, указывая, где должны образовываться кровеносные сосуды).

Эксперимент с органоидами почечной ткани

Для испытаний системы использовались культивированные органоиды почечной ткани — упрощённые, но реагирующие аналогично настоящей почке живые модели.

Изначально система тестировалась на «модельном» белке для характеристики под микроскопом. Затем перешли к хемокинам, создав систему с УФ-активацией. Синтетические клетки выделяли хемокины сразу после воздействия ультрафиолетового (УФ) света, что обеспечивало простой принцип «включения/выключения» в сложных средах.

Перспективы и дальнейшие исследования

Исследование ван Стевендал — важный шаг к взаимодействию синтетических и живых клеток. Дальнейшие направления включают:

• Усложнение органоидов для лучшей имитации реальных органов.
• Продолжение исследований сигнальных путей с использованием других известных хемокиновых конструкций.

В долгосрочной перспективе эта работа может помочь понять происхождение жизни и клеточные процессы (например, трансляцию ДНК), а также создать «умные микромашины» для решения биомедицинских проблем.