Stvorene umjetne stanice koje oponašaju žive stanice
Istraživači su razvili umjetne strukture nalik stanicama koristeći anorganske tvari koje autonomno unose, obrađuju i istiskuju materijal - ponovno stvaraju bitnu funkciju živih stanica. Njihov članak daje nacrt za stvaranje "oponašanja stanica", s potencijalnim primjenama, od isporuke lijekova do znanosti o okolišu.
Temeljna funkcija živih stanica je njihova sposobnost prikupljanja energije iz okoliša za pumpanje molekula u i iz njihovih sustava. Kada se energija koristi za premještanje ovih molekula iz područja manje koncentracije u područja veće koncentracije, proces se naziva aktivni transport. Aktivni transport omogućuje stanicama da unose potrebne molekule poput glukoze ili aminokiselina, skladište energiju i izvlače otpad.
Desetljećima su istraživači radili na stvaranju umjetnih stanica - projektiranih mikroskopskih struktura koje oponašaju značajke i ponašanje bioloških stanica. No, tim oponašanjem stanica nedostaje sposobnost izvođenja složenih staničnih procesa poput aktivnog transporta.
U studiji, istraživači sa Sveučilišta New York i Sveučilišta u Chicagu opisuju novu, potpuno sintetičku imitaciju stanica koja je korak bliže repliciranju funkcije živih stanica. Kada se raspoređuju u mješavinama različitih čestica, stanice koje oponašaju mogu obavljati aktivne transportne zadatke autonomnim hvatanjem, koncentriranjem, skladištenjem i isporukom mikroskopskog tereta. Ove umjetne stanice izrađene su od minimalnih sastojaka i ne posuđuju nikakve materijale iz biologije.
Kako bi osmislili staničnu imitaciju, istraživači su pomoću polimera stvorili sferičnu membranu veličine crvenog krvnog zrnca, zamjenu za staničnu membranu koja kontrolira ono što ulazi i izlazi iz stanice. Oni su probili mikroskopsku rupu u sferičnoj membrani stvarajući nano-kanal kroz koji se materija može izmjenjivati, oponašajući proteinski kanal stanice.
No, kako bi izvršila zadatke potrebne za aktivan transport, stanica koja oponaša treba mehanizam za napajanje strukture slične ćeliji da uvlači i izbacuje materijal. U živoj stanici mitohondriji i ATP osiguravaju potrebnu energiju za aktivan transport. U staničnu imitaciju, istraživači su dodali kemijski reaktivnu komponentu unutar nano-kanala koja, kad se aktivira svjetlom, djeluje kao pumpa. Kad svjetlost udari u pumpu, ona pokreće kemijsku reakciju, pretvarajući pumpu u sićušni vakuum i uvlačeći teret u membranu. Kad je pumpa isključena, teret se zarobljava i obrađuje unutar ćelije oponašajući. A kad se kemijska reakcija obrne, teret se na zahtjev istiskuje.
"Naš koncept dizajna omogućuje da ti oponašatelji umjetnih stanica rade autonomno i izvode aktivne transportne zadatke koji su dosad bili ograničeni na područje živih stanica", rekao je Stefano Sacanna, izvanredni profesor kemije na NYU-u i vodeći autor studije. "U središtu dizajna ćelijske strukture je sinergija između aktivnog elementa koji ga napaja iznutra i fizičkih ograničenja koja nameću stanične stijenke, dopuštajući im da unose, obrađuju i izbacuju strana tijela."
Znanstvenici su testirali stanične imitacije u različitim okruženjima. U jednom eksperimentu suspendirali su oponašanje stanica u vodi, aktivirali ih svjetlošću i promatrali kako unose čestice ili nečistoće iz vode koja ih okružuje, ilustrirajući potencijalnu primjenu za čišćenje mikroskopskih zagađivača iz vode.
"Zamislite staničnu imitaciju poput video igre PAC-MAN - one idu okolo jedući onečišćujuće tvari i uklanjajući ih iz okoliša", rekao je Sacanna.
U drugom eksperimentu pokazali su da stanice oponašaju bakterije E. coli i mogu ih zarobiti unutar membrane, što potencijalno nudi novu metodu za borbu protiv bakterija u tijelu. Još jedna buduća primjena za oponašanje stanica mogla bi biti isporuka lijekova, s obzirom na to da mogu aktivirati prethodno napunjenu tvar kada se aktivira.
Znanstvenici nastavljaju razvijati i proučavati stanične imitacije, uključujući izgradnju onih koje izvode različite zadatke i uče kako različite vrste međusobno komuniciraju.
Izvor: Nature