Gli scienziati hanno grandi sogni per le cellule artificiali. Queste repliche di cellule biologiche in laboratorio potrebbero aiutare a capire come funzionano gli organismi viventi. Sebbene siano stati fatti molti progressi nella costruzione di cellule artificiali, i fenomeni alla base della loro comunicazione e del loro comportamento rimangono in gran parte inesplorati. I ricercatori della TU/e ​​e della Radboud University hanno sviluppato comunità di cellule artificiali che comunicano tra loro con una potenza senza precedenti. I loro studi promuovono lo sviluppo di cellule artificiali che, essendo 'interconnessi', potrebbero essere usati, per citarne alcuni, per somministrare farmaci in modo più preciso ai loro bersagli, sconfiggere le cellule tumorali, o addirittura migliorare l'accuratezza dei test diagnostici. I risultati sono pubblicati oggi in Comunicazioni sulla natura .

Le cellule biologiche utilizzano una varietà di processi di segnalazione per scambiare informazioni tra loro e per "sentire" il loro ambiente. Per capire come le cellule coordinano i loro comportamenti attraverso la comunicazione tra loro, ricercatori di tutto il mondo hanno fatto passi da gigante nelle cellule di "ingegneria" e nel ricreare le loro reti di comunicazione in laboratorio. Fino a poco tempo fa, però, l'attenzione si è concentrata sulla progettazione di cellule artificiali che funzionano in isolamento.

Comunità

"I sistemi viventi generalmente non operano in modo isolato. Piuttosto, sono spesso intimamente legati come collaboratori o concorrenti", spiega Jan Van Hest, docente presso i dipartimenti di Ingegneria Biomedica e Ingegneria Chimica e Chimica, e direttore dell'Institute for Complex Molecular Systems presso TU/e. Per questa ragione, lui, insieme al dott. Bastiaan Buddingh, sviluppate comunità di cellule artificiali piuttosto che individuali. Per costruire quelli, usavano vescicole giganti composte da fosfolipidi, i principali costituenti dello strato più esterno delle cellule animali.

Mittente e destinatario

Per studiare la comunicazione intercellulare, i ricercatori hanno sviluppato due comunità:una che produce un segnale chimico ("mittenti") e un'altra programmata per percepire il segnale chimico ("ricevitori"). Nello specifico, i mittenti rispondono a un trigger esterno e lo elaborano in una molecola di segnalazione che viene rilasciata. Questa molecola di segnalazione si diffonde attraverso l'ambiente extracellulare fino a raggiungere un ricevitore, che riconosce il segnale chimico e si attiva in risposta alle informazioni trasmesse dal mittente.

Amplificazione del segnale

"A seconda della distanza tra mittente e destinatario, la concentrazione di molecole di segnalazione può essere estremamente bassa quando si raggiunge un ricevitore", spiegano. "L'amplificazione del segnale è quindi importante per l'attivazione dei ricevitori. Abbiamo caricato i ricevitori con un enzima specifico in grado di elaborare basse concentrazioni di molecole di segnalazione, con conseguente amplificazione del segnale al ricevitore. Ciò facilita anche la propagazione dei segnali su lunghe distanze. Un giorno potremmo creare reti in cui diversi tipi di cellule artificiali con funzioni specializzate cooperano in comunità, proprio come accade nei tessuti biologici".

Questo studio è stato pubblicato il 3 aprile in Comunicazioni sulla natura sotto il titolo "Comunicazione intercellulare tra cellule artificiali mediante amplificazione allosterica di un segnale molecolare".