人体由3000万至4000万个细胞组成，这是一个由血细胞、神经元和构成器官和组织的特化细胞组成的庞大而复杂的网络。到目前为止，细胞生物学领域的一个主要挑战是确定哪些机制控制它们之间的交流。
这项研究由宾夕法尼亚大学化学系的Virgil Percec领导，与坦普尔和亚琛大学细胞与发育生物学和生物系合作，为研究合成细胞提供了一个新的工具。Percec和他的团队通过观察细胞结构如何决定其与其他细胞和蛋白质交流和相互作用的能力，证明了他们方法的价值。他们发现糖分子在细胞通讯中起着关键作用，细胞通讯是细胞和蛋白质相互交流的“通道”。他们在本周的《国家科学院院刊》上发表了他们的发现。
Percec说：“最终，这项研究的目的是了解细胞膜的功能。“人们试图理解人类细胞是如何工作的，但很难做到。细胞内的一切都像液体一样，这使得常规方法很难对其进行分析。”
细胞生物学家一直用衍射来研究细胞。这包括将它们分开，并拍摄不同部分(如蛋白质)的原子照片。然而，这种方法的问题是它不允许研究整个细胞。研究人员可以使用荧光显微镜等较新的方法来研究整个细胞，但这些工具非常复杂，无法提供衍射所能提供的高分辨率视图。
以工程合成细胞为模型系统，主要作者、现为亚琛Percec团队成员的Cesar Rodriguez-emmeneger发现了一种直接用原子力显微镜研究细胞膜的方法。这种方法产生极高分辨率的扫描，显示出小于纳米尺度的形状和结构，这比人类头发的宽度小近10000倍。然后，Percec的团队建立了一个模型来计算结构图像和细胞功能之间的关系。
这项研究是第一个可以在整个合成细胞上使用的类衍射方法的例子。使用这种新方法，Percec的研究团队发现，细胞膜表面较低浓度的糖会增加蛋白质在其他细胞膜上的反应性。
Percec的目标之一是弄清楚如何控制细胞间的交流和细胞功能，这与他的团队正在进行的创造由人类细胞和细菌细胞组成的杂交细胞的工作有关。尽管他的研究团队自2010年以来一直在研究细胞膜模拟和工程系统，但正如Percec所描述的那样，这种新的类似衍射的方法的发现是一个“幸运的意外”。
“我们处理别人认为没有解决办法的问题。你不可能在一夜之间取得重大突破。“我们团队中的所有这些人都非常有才华，他们拥有解决各种问题和将故事融合在一起所需的机器。”
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