Inspirado en las interacciones sociales de las hormigas y los mohos de lodo, Los ingenieros de la Universidad de Pittsburgh han diseñado células artificiales capaces de autoorganizarse en grupos independientes que pueden comunicarse y cooperar. Reportado recientemente en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ), la investigación es un paso significativo hacia la producción de células sintéticas que se comportan como organismos naturales y podrían desempeñarse de manera importante, Funciones de microescala en campos que van desde la industria química hasta la medicina.
El equipo se presenta en el PNAS modelos computacionales en papel que proporcionan un modelo para el desarrollo de células artificiales, o microcápsulas, que pueden comunicarse, moverse de forma independiente, y transportar "carga", como los productos químicos necesarios para las reacciones. Más importante, los dispositivos "biológicamente inspirados" funcionan completamente a través de simples procesos físicos y químicos, comportarse como organismos naturales complejos pero sin la complicada bioquímica interna, dijo la autora correspondiente Anna Balazs, Profesor Distinguido de Ingeniería Química en la Escuela de Ingeniería Swanson de Pitt.
Las microcápsulas del grupo Pitt interactúan secretando nanopartículas de una manera similar a la que usan las células biológicas para comunicarse y ensamblarse en grupos. Y con un guiño a las hormigas, las células dejan rastros químicos a medida que viajan, lo que provocó que le siguieran otras microcápsulas. Balazs trabajó con el autor principal, German Kolmakov y Victor Yashin, ambos investigadores postdoctorales en el Departamento de Ingeniería Química y del Petróleo de Pitt, quién produjo los modelos celulares; y con el profesor Pitt de ingeniería eléctrica e informática Steven Levitan, quien ideó la habilidad de rastreo similar a una hormiga.
Los investigadores escriben que la comunicación depende de la interacción entre microcápsulas que intercambian dos tipos diferentes de nanopartículas. La célula de "señalización" secreta nanopartículas conocidas como agonistas que incitan a la segunda microcápsula "diana" a emitir nanopartículas conocidas como antagonistas.
El video de esta interacción está disponible en el sitio web de Pitt y se muestra a continuación, uno de varios videos de las células artificiales que Pitt ha proporcionado. Como la celda de señalización (derecha) emite las nanopartículas agonistas (mostradas en azul), la célula diana (izquierda) responde con antagonistas (mostrados en rojo) que detienen la secreción de la primera célula. Una vez que la célula de señalización queda inactiva, la célula diana también deja de liberar antagonistas, lo que hace que la célula de señalización vuelva a comenzar. Las microcápsulas se bloquean en un ciclo que equivale a una conversación intercelular, un diálogo que los humanos podrían controlar ajustando la permeabilidad de las cápsulas y la cantidad de nanopartículas que contienen.
La locomoción se produce cuando las nanopartículas liberadas alteran la superficie debajo de las microcápsulas. Las paredes de polímero de la célula comienzan a empujar el líquido que rodea la cápsula y el líquido empuja hacia atrás aún más fuerte. moviendo la cápsula. Al mismo tiempo, las nanopartículas de la célula de señalización lo empujan hacia las células objetivo. Los grupos de cápsulas comienzan a formarse a medida que avanza la célula de señalización, recogiendo células objetivo. En uso práctico, Balazs dijo:la celda de señalización podría transportar celdas objetivo cargadas con carga; El siguiente paso del equipo es controlar el orden en el que se recogen y se depositan las células objetivo.
Los investigadores ajustaron la salida de partículas de la celda de señalización para crear varias formaciones celulares, algunos de los cuales se muestran en los videos disponibles en el sitio web de Pitt y con este comunicado. El primer clip, titulado "Formación del sendero de las hormigas", muestra las "hormigas que se arrastran", "en el que las secreciones de partículas de un grupo de microcápsulas se retrasan hasta que otro grupo pasa y lo activa. El grupo recién despertado sigue el residuo químico dejado por el grupo líder.
Una segunda película titulado "Formación del dragón, "representa una formación de" dragón "que comprende dos células de señalización cooperantes (mostradas en rojo) que conducen a un gran grupo de objetivos. Similares a estas son" serpientes "compuestas por cápsulas de señalización en competencia que tiran de las respectivas líneas de células objetivo.
