Friedrich Simmel y Aurore Dupin, investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM), han creado por primera vez conjuntos de células artificiales que pueden comunicarse entre sí. Las celdas, separados por membranas grasas, intercambiar pequeñas moléculas de señalización química para desencadenar reacciones más complejas, como la producción de ARN y otras proteínas.

Científicos de todo el mundo están trabajando en la creación de sistemas similares a células que imitan el comportamiento de los organismos vivos. Friedrich Simmel y Aurore Dupin han creado estos conjuntos de células artificiales en una disposición espacial fija. Lo más destacado es que las células pueden comunicarse entre sí.

"Nuestro sistema es un primer paso hacia los tejidos, materiales biológicos sintéticos que exhiben un comportamiento espacial y temporal complejo en el que las células individuales se especializan y diferencian, no a diferencia de los organismos biológicos, "explica Friedrich Simmel, Catedrático de Física de Biosistemas Sintéticos (E14) en TU Munich.

Expresión genética en una estructura fija.

Los geles o las gotas de emulsión encapsuladas en membranas delgadas de grasa o polímero sirven como bloques de construcción básicos para las células artificiales. Dentro de estas unidades de 10 a 100 micrones, Las reacciones químicas y bioquímicas pueden desarrollarse sin inhibiciones.

El equipo de investigación utilizó gotitas encerradas por membranas lipídicas y las ensambló en estructuras multicelulares artificiales llamadas microtejidos. Las soluciones de reacción bioquímica utilizadas en las gotitas pueden producir ARN y proteínas, dando a las células una especie de capacidad de expresión genética.

Intercambio de señales y diferenciación espacial de células.

Pero eso no es todo:las pequeñas moléculas de señal se pueden intercambiar entre las células a través de sus membranas o los canales de proteínas integrados en las membranas. Esto les permite acoplarse entre sí temporal y espacialmente. Los sistemas se vuelven así dinámicos, como en la vida real.

Así, los pulsos químicos se propagan a través de las estructuras celulares y transmiten información. Las señales también pueden actuar como disparadores, permitiendo que células inicialmente idénticas se desarrollen de manera diferente. "Nuestro sistema es el primer ejemplo de un sistema multicelular en el que las células artificiales con expresión génica tienen una disposición fija y se acoplan a través de señales químicas. De esta manera, logramos una forma de diferenciación espacial, "dice Simmel.

Modelos mini fábricas y microsensores

El desarrollo de este tipo de sistemas sintéticos es importante, ya que permiten a los científicos investigar cuestiones fundamentales sobre los orígenes de la vida en un modelo. Los organismos complejos se hicieron posibles solo después de que las células comenzaron a especializarse y distribuir el trabajo entre células cooperantes. Cómo sucedió esto es una de las preguntas más fascinantes de la investigación básica.

Usando un kit de construcción modular de sistemas celulares hechos a medida, los investigadores esperan simular varias propiedades de los sistemas biológicos en el futuro. La idea es que las células reaccionen a su entorno y aprendan a actuar de forma independiente.

Las primeras aplicaciones ya están en el horizonte:a largo plazo, Los conjuntos de células artificiales se pueden implementar como mini-fábricas para producir biomoléculas específicas, o como pequeños sensores de micro-robots que procesan información y se adaptan a sus entornos.

Celdas de una impresora 3D

Friedrich Simmel y Aurore Dupin todavía ensamblan sus sistemas celulares manualmente usando micromanipuladores. En el futuro, sin embargo, planean cooperar con la Universidad de Ciencias Aplicadas de Munich, por ejemplo, para construir sistemáticamente sistemas más grandes y más realistas utilizando tecnología de impresión 3-D.