Cada célula necesita un caparazón. El interior de la célula está separado de su entorno por una membrana formada por moléculas de grasa, ayudando a crear el ambiente necesario para que la célula sobreviva. El desarrollo de células artificiales depende igualmente de un caparazón estable química y mecánicamente. En el marco de la red MaxSynBio, investigadores de la Sociedad Max Planck y las Universidades de Heidelberg, Jena, Magdeburgo y Burdeos han utilizado una técnica novedosa para producir partículas compuestas por distintos ácidos grasos que se comportan de manera muy similar a las membranas celulares naturales. Los científicos también pudieron llenar las vesículas con proteínas celulares naturales e integrar proteínas en la capa de lípidos. Estas partículas de lípidos son un paso importante hacia el desarrollo de un sistema modelo para estudiar procesos en células naturales. También podrían algún día ser un componente de células artificiales.

A primera vista, la membrana celular natural parece una estructura relativamente simple que consta de una doble capa de moléculas de ácidos grasos. Pero, de hecho, la membrana celular presenta propiedades que han resultado muy difíciles de reproducir en el laboratorio. Las células artificiales tienen un caparazón hecho de moléculas de grasa; sin embargo, hasta ahora, ha sido demasiado inestable y no poroso. Como resultado, los científicos no han podido poblar estas células artificiales con las moléculas necesarias para que tengan lugar los procesos celulares.

Con la ayuda de un truco los científicos de Max Planck y sus colegas crearon vesículas lipídicas que podrían formar en el futuro la base de las células artificiales. Los investigadores utilizaron gotitas hechas de moléculas orgánicas de cadena larga conocidas como polímeros anfifílicos, que actúan como tensioactivos. Las gotas consisten en una capa externa de poliéter perfluorado y una capa interna de polietilenglicol soluble en agua a la que se han adherido nanopartículas de oro. La diferencia de solubilidad entre la capa interna y externa significa que las gotas flotan en un medio que contiene aceite, conservando una solución acuosa en su interior. Usando un sistema de microinyección, los investigadores pudieron inyectar diminutas vesículas de lípidos en las gotitas de polímero. La adición de magnesio hace que las vesículas dentro de las gotitas se disipen y se fusionen para formar una sola capa de lípidos en el interior de la gotita.

"Las vesículas lipídicas que esto produce son mecánica y químicamente estables, permitiéndonos inyectarles proteínas, como en las células naturales, "dice Joachim Spatz del Instituto Max Planck de Investigación Médica en Heidelberg. Usando un sistema de picoinyección especialmente desarrollado para este propósito, los investigadores pudieron inyectar cantidades controladas con precisión de proteínas celulares en las vesículas polímero-lípido. "Con esta técnica, somos capaces de poblar hasta 1000 vesículas por segundo con proteínas - proteínas del citoesqueleto como actina y tubulina o la proteína transmembrana integrina. Esto significa que podemos obtener rápidamente suficientes vesículas para análisis biológicos o médicos. "explica Spatz. Luego, los científicos eliminan la capa de surfactante y transfieren las vesículas lipídicas a una solución acuosa. Las vesículas pueden, por ejemplo, luego se hará interactuar con las células naturales.

La nueva técnica no se limita a ayudar a desarrollar células artificiales, como es el objetivo de la biología sintética y en Alemania la red de investigación MaxSynBio de la Sociedad Max Planck. También ofrece un sistema modelo simple que es rápido de fabricar y puede usarse para estudiar interacciones con moléculas de señalización en otras células o virus.