Клетка на чипе

Чтобы жить, расти и делиться, клетки используют множество различных ферментов, которые катализируют последовательные реакции. Учитывая сложность этих процессов, невозможно точно определить, когда, какие ферменты и в каких концентрациях присутствуют в живой клетке, а также каковы их оптимальные пропорции относительно друг друга. Исследователям нужны искусственные системы малого размера в качестве моделей для изучения этих процессов.

Близкое сходство с живыми клетками

Группа исследователей из Базельского университета под руководством профессоров Корнелии Паливан и Вольфганга Мейера разработала новую стратегию производства таких искусственных систем. Они описали, как создавали различные миниконтейнеры – везикулы, которые являются моделями клетки.

В отличие от предыдущих моделей, эта система не основана на самосборке пузырьков. Новая эффективная микрофлюидная технология позволяет управлять процессом производства везикул, загруженных ферментами, и настраивать их размер и состав, чтобы внутри везикул могли происходить различные биохимические реакции, не влияя друг на друга – как в разных отделах клетки.

Исследователи ввели различные компоненты в каналы на чипе из силикона. Все микроканалы объединяются в один. Если установлены правильные настройки, на выходе устройство выдает водную эмульсию из капель полимера одинакового размера, которые образуются в точке пересечения микроканалов.

Три типа везикул одинакового размера, но с разным содержимым: β-галактозидаза (красный), глюкозооксидаза (зеленый) и пероксидаза (синий). Водорастворимые ферменты постепенно превращают исходный материал в конечный окрашенный продукт резоруфин, который, как и все промежуточные соединения, выходит в окружающий раствор через селективные каналы в мембранах везикул.

Точный контроль

Этот метод дает ключевые преимущества: он позволяет производить везикулы индивидуального дизайна и точно регулировать желаемую комбинацию ферментов внутри. Белки, включенные в мембрану, действуют как поры и обеспечивают селективный транспорт соединений внутрь везикул и из них. Размеры пор разработаны таким образом, чтобы пропускать только определенные молекулы, что позволяет отдельно исследовать конкретные клеточные процессы, которые играют роль в метаболических заболеваниях или влияют на реакцию некоторых лекарств в организме.

Статья E.C.Santos et al. Combinatorial strategy for studying biochemical pathways in double emulsion templated cell-sized compartment опубликована в журнале Advanced Materials.

Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам University of Basel: An artificial cell on a chip.