I ricercatori hanno utilizzato i laser per collegare, organizzare e unire cellule artificiali, aprendo la strada a reti di cellule artificiali che agiscono come tessuti.

Il team afferma che, alterando le membrane cellulari artificiali, ora possono far aderire le cellule come "mattoni di legno", consentendo loro di essere disposte in strutture completamente nuove.

Le cellule biologiche possono svolgere funzioni complesse, ma sono difficili da progettare in modo controllabile.

cellule artificiali, però, possono in linea di principio essere realizzati su ordinazione. Ora, i ricercatori dell'Imperial College di Londra e della Loughborough University hanno dimostrato un nuovo livello di complessità con le cellule artificiali disponendole in strutture tissutali di base con diversi tipi di connettività.

Queste strutture potrebbero essere utilizzate per eseguire funzioni come avviare reazioni chimiche o spostare sostanze chimiche attorno a reti di cellule artificiali e biologiche. Questo potrebbe essere utile nell'effettuare reazioni chimiche in volumi ultra-piccoli, nello studio dei meccanismi attraverso i quali le cellule comunicano tra loro, e nello sviluppo di una nuova generazione di biomateriali intelligenti.

Le cellule sono le unità di base della biologia, che sono in grado di lavorare insieme come un collettivo quando disposti in tessuti. Per fare ciò, le celle devono essere collegate ed essere in grado di scambiare materiali tra loro. Il team è stato in grado di collegare le cellule artificiali in una serie di nuove architetture, i cui risultati sono pubblicati oggi in Comunicazioni sulla natura .

Le cellule artificiali hanno uno strato simile a una membrana come guscio, che i ricercatori hanno progettato per "attaccarsi" l'uno all'altro. Per fare in modo che le cellule si avvicinino abbastanza, il team ha dovuto prima manipolare le celle con "pinzette ottiche" che agiscono come mini "raggi del trattore" che trascinano e rilasciano le cellule in qualsiasi posizione. Una volta collegate in questo modo, le celle possono essere spostate come un'unità.

Il ricercatore capo Dr. Yuval Elani, un ricercatore EPSRC del Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha detto:"Le membrane cellulari artificiali di solito rimbalzano l'una sull'altra come palline di gomma. Alterando la biofisica delle membrane nelle nostre cellule, invece li abbiamo fatti aderire l'uno all'altro come mattoni di legno.

"Con questo, siamo stati in grado di formare reti di cellule collegate da 'biogiunzioni'. Reinserendo componenti biologici come le proteine ​​nella membrana, potremmo far comunicare le cellule e scambiare materiale tra loro. Questo imita ciò che si vede in natura, quindi è un grande passo avanti nella creazione di tessuti cellulari artificiali di tipo biologico".

Il team è stato anche in grado di creare un "collegamento" tra due celle. Qui le membrane non sono attaccate insieme, ma un viticcio di materiale di membrana li collega in modo che possano essere mossi insieme.

Una volta perfezionato il processo di adesione cellulare, il team è stato in grado di creare arrangiamenti più complessi. Questi includono linee di cellule, Forme 2-D come quadrati, e forme 3D come le piramidi. Una volta che le cellule sono attaccate insieme, possono essere riorganizzati, e anche tirato dal raggio laser come un insieme.

Finalmente, il team è stato anche in grado di collegare due celle, e poi farli fondere in una cella più grande. Ciò è stato ottenuto rivestendo le membrane con nanoparticelle d'oro. Quando il raggio laser al centro della tecnologia delle "pinzette ottiche" è stato concentrato nella giunzione tra le due celle, le nanoparticelle risuonarono, rompere le membrane in quel punto. La membrana si riforma quindi nel suo insieme.

L'unione delle cellule in questo modo ha permesso a qualunque sostanza chimica trasportassero di mescolarsi all'interno del nuovo, cellula più grande, dando il via a reazioni chimiche. Questo potrebbe essere utile, Per esempio, per la consegna di materiali come farmaci nelle cellule, e nel modificare la composizione delle cellule in tempo reale, fargli assumere nuove funzioni.

Professor Oscar Ces, anche dal Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha dichiarato:"Collegare tra loro le cellule artificiali è una tecnologia preziosa nel più ampio kit di strumenti che stiamo assemblando per creare questi sistemi biologici utilizzando approcci dal basso verso l'alto. Ora possiamo iniziare a espandere le tecnologie cellulari di base in reti più grandi su scala tissutale, con un controllo preciso sul tipo di architettura che creiamo."

La ricerca è uno dei primi risultati di FABRICELL, un centro di ricerca virtuale guidato dall'Imperial e dal Kings College di Londra che riunisce i principali gruppi di ricerca che lavorano nella scienza delle cellule artificiali a Londra. Consiste in una serie di laboratori tra Imperial e Kings, così come l'istruzione formale e informale e le opportunità di ricerca.