Искусственные клетки научили общаться с клетками млекопитающих

Ö. Duhan Toparlak et al./ Science Advances, 2020

Биологи создали искусственные клетки, которые способны химически коммуницировать с клетками млекопитающих, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Science Advances. Синтетические клетки производили нейротрофический фактор BDNF и способствовали дифференциации мышиных нейральных стволовых клеток в нейроны. Этот фактор также взаимодействовал с модифицированными человеческими эмбриональными клетками почки. Исследователи показали, что искусственные клетки стабильны в физиологических условиях.

Для эффективного лечения многих болезней необходима адресная доставка веществ. Сейчас врачи используют для этого наночастицы, шарики из клеточной мембраны и даже модифицированные вирусы. Однако такие системы чаще всего не способны к саморегуляции и коммуникации с клетками организма. Новым способом доставки лекарств могут стать искусственные клетки — мембранные шарики с ДНК, порами и синтетическим аппаратом как у настоящей клетки.

Биологи из Университета Тренто под руководством О. Духана Топарлак (Ö. Duhan Toparlak) исследовали взаимодействие искусственных клеток с клетками человека и мыши, чтобы проверить их способность к химической коммуникации. Искусственные клетки содержали гены BDNF (нейротрофического фактора головного мозга) и PFO (белка-поры). PFO встраивался в мембрану искусственной клетки и пропускал наружу BDNF. Нейральные стволовые клетки мыши инкубировали с синтетическими (их заменяли на свежие каждые 24 часа) в течение 19 дней. Процесс развития стволовых клеток оценивали при помощи нейронального маркера. Оказалось, что этот маркер накапливается в клетках почти также хорошо, как при обработке «чистым» синтезированным BDNF, и в несколько раз быстрее, чем при инкубации с искусственными клетками, которые не выделяли BDNF (p=0.0012).

Схема искуссвтенной клетки и ее взаимодействия с нейральными стволовыми клетками мыши. Белок PFO формирует поры, через которые выходит фактор BNDF, который провоцирует развитие стволовых клеток в нейроны.
Ö. Duhan Toparlak et al./ Science Advances, 2020

Ученые решили проверить, способны ли искусственные клетки к коммуникации с человеческими. Они модифицировали эмбриональные клетки почек человека таким образом, что при взаимодействии с BDNF они должны были активировать синтез флуоресцентного зеленого белка. Оказалось, что при инкубации с клетками, которые выделяли BDNF, свечение было сильнее (p = 0,0144), чем с теми, что не выделяли этого фактора.

Искусственные клетки также инкубировали в физиологических условиях: 30-37 градусов Цельсия, при соответствующих концентрации калия и натрия и в присутствии человеческих клеток. Всего 15 процентов искусственных клеток разрушились после недели инкубации.

Так биологи показали, что искусственные клетки способны к химической коммуникации с клетками млекопитающих и стабильны в физиологических условиях. Ученые считают, что искусственные клетки могут стать новым средством доставки химических веществ для терапии.

Главное преимущество искусственных клеток — это способность к химической коммуникации. В прошлом году ученые создали клетку, которая реагирует свечением на повышение концентрации ионов кальция. За основу этого каскада реакций они взяли настоящий биологический каскад, который укоротили. Под воздействием ионов кальция ферментативная система способствует выходу флуоресцентного агента из везикул, из-за чего клетка светится.

Анна Муравьёва

Источник: https://nplus1.ru/news/2020/09/23/artificial-delivery