I ricercatori hanno fuso per la prima volta cellule viventi e non viventi in un modo che consente loro di lavorare insieme, aprendo la strada a nuove applicazioni.

Il sistema, creato da un team dell'Imperial College di Londra, incapsula le cellule biologiche all'interno di una cellula artificiale. Usando questo, i ricercatori possono sfruttare la capacità naturale delle cellule biologiche di elaborare le sostanze chimiche proteggendole dall'ambiente.

Questo sistema potrebbe portare ad applicazioni come "batterie" cellulari alimentate dalla fotosintesi, sintesi di farmaci all'interno del corpo, e sensori biologici in grado di resistere a condizioni difficili.

La precedente progettazione di cellule artificiali prevedeva il prelievo di parti di "macchine" cellulari biologiche, come gli enzimi che supportano le reazioni chimiche, e il loro inserimento in involucri artificiali. Il nuovo studio, pubblicato oggi in Rapporti scientifici , fa un passo avanti e incapsula intere cellule in involucri artificiali.

Le cellule artificiali contengono anche enzimi che lavorano di concerto con la cellula biologica per produrre nuove sostanze chimiche. Nell'esperimento di proof-of-concept, i sistemi cellulari artificiali hanno prodotto una sostanza chimica fluorescente che ha permesso ai ricercatori di confermare che tutto funzionava come previsto.

Il ricercatore capo Professor Oscar Ces, dal Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha detto:"Le cellule biologiche possono svolgere funzioni estremamente complesse, ma può essere difficile da controllare quando si cerca di sfruttare un aspetto. Le cellule artificiali possono essere programmate più facilmente, ma non possiamo ancora costruirle con molta complessità.

"Il nostro nuovo sistema colma il divario tra questi due approcci fondendo intere cellule biologiche con quelle artificiali, in modo che la macchina di entrambi lavori di concerto per produrre ciò di cui abbiamo bisogno. Questo è un cambiamento di paradigma nel pensare al modo in cui progettiamo le cellule artificiali, che contribuirà ad accelerare la ricerca sulle applicazioni nel settore sanitario e non solo".

Per creare il sistema, il team ha utilizzato la microfluidica:dirigere i liquidi attraverso piccoli canali. Usando acqua e olio, che non si mescolano, sono stati in grado di produrre goccioline di una dimensione definita che contenevano le cellule biologiche e gli enzimi. Hanno quindi applicato un rivestimento artificiale alle goccioline per fornire protezione, creare un ambiente cellulare artificiale.

Hanno testato queste cellule artificiali in una soluzione ricca di rame, che di solito è altamente tossico per le cellule biologiche. Il team è ancora in grado di rilevare sostanze chimiche fluorescenti nella maggior parte delle cellule artificiali, il che significa che le cellule biologiche erano ancora vive e funzionanti all'interno. Questa capacità sarebbe utile nel corpo umano, dove l'involucro cellulare artificiale proteggerebbe le cellule biologiche estranee dall'attacco del sistema immunitario del corpo.

Primo autore dello studio Dr Yuval Elani, un ricercatore EPSRC anche dal Dipartimento di Chimica, ha dichiarato:"Il sistema che abbiamo progettato è controllabile e personalizzabile. È possibile creare diverse dimensioni di cellule artificiali in modo riproducibile, e c'è il potenziale per aggiungere tutti i tipi di macchinari cellulari, come i cloroplasti per eseguire la fotosintesi o i microbi ingegnerizzati che fungono da sensori".

Per migliorare la funzionalità di questi sistemi cellulari artificiali, il passo successivo è progettare il rivestimento artificiale in modo che agisca più come una membrana biologica, ma con funzioni speciali.

Per esempio, se la membrana potesse essere progettata per aprirsi e rilasciare le sostanze chimiche prodotte all'interno solo in risposta a determinati segnali, potrebbero essere usati per somministrare farmaci in aree specifiche del corpo. Ciò sarebbe utile ad esempio nel trattamento del cancro per rilasciare farmaci mirati solo nel sito di un tumore, riducendo gli effetti collaterali.

Anche se un sistema del genere potrebbe essere ancora lontano, il team dice che questo è un promettente salto nella giusta direzione. Il lavoro è il primo esempio di fusione di componenti viventi e non viventi che emerge dal nuovo centro FABRICELL per la scienza delle cellule artificiali dell'Imperial e del King's College.