Zespół kierowany przez prof. Cornelię Palivan prowadzi badania nad mikroskopijnymi pojemnikami wykonanymi z polimerów, które mogą być wypełniane określonymi cząsteczkami i w kontrolowany sposób otwierane. Teraz badacze poszli o krok dalej.

„Skonstruowaliśmy mikropojemniki wielkości komórek wypełnione wyspecjalizowanymi nanopojemnikami” – wyjaśnia prof. Palivan.

Takie podejście pozwoliło na symulowanie komórki z organellami, inaczej mówiąc - stworzenie uproszczonej, syntetycznej komórki, znanej również jako protokomórka.

W publikacji, która ukazała się na łamach magazynu „Advanced Materials” (http://dx.doi.org/10.1002/adma.202413981), naukowcy opisują system protokomórek zbudowanych z polimerów, biomolekuł i innych nanokomponentów, które przekazują sygnały w podobny sposób, jak komórki siatkówki oka.

Opracowany system składa się z bowiem protokomórek reagujących na światło („nadajników”) oraz protokomórek odbiorczych. W komórkach-nadajnikach znajdują się nanopojemniki (sztuczne organelle), których membrany zawierają specjalne światłoczułe cząsteczki.

Dzięki nim naukowcy mogą uruchomić komunikację między dwiema komórkami za pomocą impulsu świetlnego - gdy światło dociera do komórki-nadajnika, światłoczułe cząsteczki otwierają nanopojemniki, uwalniając ich zawartość do wnętrza komórki-nadajnika.

Uwolniona substancja, przez pory w błonie wydostaje się z komórki na zewnętrz, po czym dociera do komórki odbiorczej. W jej wnętrzu oddziałuje z innymi sztucznymi organellami wypełnionymi specjalnym enzymem.

Przetwarza on wspomnianą substancję w taki sposób, że powstaje jest fluorescencyjny sygnał.

Na jego podstawie badacze mogli stwierdzić, że doszło między komórkami do chemicznej komunikacji – przekazania substancji z jednej komórki do drugiej.

Komórki odbiorcze były jeszcze nieco bardziej skomplikowane. Otóż w fotoreceptorach siatkówki, które posłużyły naukowcom za wzór, ważną rolę odgrywają jony wapnia, które w razie potrzeby osłabiają przekazywanie bodźców między komórkami, co pozwala oku dostosować się do jasnego światła.

Również sztuczne organelle komórek-odbiorników reagowały na jony wapnia, co umożliwiało osłabienie tempa przemiany odbieranej substancji i sygnału fluorescencyjnego.

„Dzięki zewnętrznemu impulsowi świetlnemu udało nam się wywołać kaskadę sygnałową opartą na organellach i modulować ją za pomocą jonów wapnia. Stworzenie systemu kontrolowanego czasowo i przestrzennie, opartego na modelu naturalnej komunikacji komórkowej to nowość” - mówi prof. Palivan.

Badacze twierdzą, że ich dokonanie stwarza podstawy do syntetycznego odwzorowania bardziej złożonych sieci komunikacyjnych żywych komórek, a co za tym idzie – lepszego ich zrozumienia.

Pojawia się również możliwość tworzenia sieci komunikacyjnych między komórkami syntetycznymi.

W dłuższej perspektywie mogłoby to utorować drogę do zastosowań terapeutycznych, takich jak leczenie chorób lub hodowla tkanek z wykorzystaniem komórek syntetycznych – uważają naukowcy.(PAP)

Marek Matacz

mat/ agt/