Ogni cellula ha bisogno di un guscio. L'interno della cellula è separato dall'ambiente circostante da una membrana costituita da molecole di grasso, contribuendo a creare l'ambiente necessario per la sopravvivenza della cellula. Allo stesso modo, lo sviluppo di cellule artificiali dipende da un guscio chimicamente e meccanicamente stabile. Nell'ambito della rete MaxSynBio, ricercatori della Max Planck Society e delle Università di Heidelberg, Jena, Magdeburgo e Bordeaux hanno utilizzato una nuova tecnica per produrre particelle costituite da una gamma di diversi acidi grassi che si comportano in modo molto simile alle membrane cellulari naturali. Gli scienziati sono stati anche in grado di riempire le vescicole con proteine ​​cellulari naturali e di integrare le proteine ​​nello strato lipidico. Queste particelle lipidiche sono un passo importante verso lo sviluppo di un sistema modello per lo studio dei processi nelle cellule naturali. Potrebbero anche essere un giorno un componente di cellule artificiali.

A prima vista, la membrana cellulare naturale si presenta come una struttura relativamente semplice costituita da un doppio strato di molecole di acidi grassi. Ma infatti, la membrana cellulare presenta proprietà che si sono rivelate molto difficili da riprodurre in laboratorio. Le cellule artificiali hanno un guscio fatto di molecole di grasso; però, fino ad ora, è stato troppo instabile e non poroso. Di conseguenza, gli scienziati non sono stati in grado di popolare queste cellule artificiali con le molecole necessarie affinché i processi cellulari abbiano luogo.

Con l'aiuto di un trucco, gli scienziati di Max Planck ei loro colleghi hanno creato vescicole lipidiche che potrebbero in futuro costituire la base per cellule artificiali. I ricercatori hanno utilizzato goccioline costituite da molecole organiche a catena lunga note come polimeri anfifilici, che agiscono come tensioattivi. Le goccioline sono costituite da uno strato esterno di polietere perfluorurato e uno strato interno di glicole polietilenico solubile in acqua a cui sono state fissate nanoparticelle d'oro. La differenza di solubilità tra lo strato interno ed esterno significa che le goccioline galleggiano in un mezzo contenente olio, pur conservando al loro interno una soluzione acquosa. Utilizzando un sistema di microiniezione, i ricercatori sono stati in grado di iniettare minuscole vescicole lipidiche nelle goccioline di polimero. L'aggiunta di magnesio fa sì che le vescicole all'interno delle goccioline si dissolvano e si uniscano per formare un singolo strato lipidico all'interno della gocciolina.

"Le vescicole lipidiche che questo produce sono meccanicamente e chimicamente stabili, permettendoci di iniettare proteine ​​al loro interno, come nelle cellule naturali, " afferma Joachim Spatz del Max Planck Institute for Medical Research di Heidelberg. Utilizzando un sistema di picoiniezione sviluppato appositamente per questo scopo, i ricercatori potrebbero iniettare quantità precisamente controllate di proteine ​​cellulari nelle vescicole polimero-lipidico. "Utilizzando questa tecnica, siamo in grado di popolare fino a 1000 vescicole al secondo con proteine ​​– proteine ​​del citoscheletro come actina e tubulina o la proteina transmembrana integrina. Ciò significa che possiamo ottenere rapidamente abbastanza vescicole per analisi biologiche o mediche, " spiega Spatz. Gli scienziati quindi rimuovono il guscio del tensioattivo e trasferiscono le vescicole lipidiche in una soluzione acquosa. Le vescicole possono, Per esempio, poi essere fatto interagire con le cellule naturali.

La nuova tecnica non si limita solo ad aiutare a sviluppare cellule artificiali, così come l'obiettivo della biologia sintetica e in Germania la rete di ricerca MaxSynBio della Max Planck Society. Offre anche un semplice sistema modello che è veloce da produrre e può essere utilizzato per studiare le interazioni con molecole di segnalazione su altre cellule o virus.