人工细胞相互交流

慕尼黑工业大学的研究人员弗里德里希西梅尔(Friedrich Simmel)和奥拉杜平(Aurore Dupin)首次创造了可以相互通信的人工细胞模块。被脂肪膜隔开的细胞交换小的化学信号分子，从而引发更复杂的反应，例如产生RNA和其他蛋白质。

世界各地的科学家正在努力创造模仿生物行为的人工细胞系统。弗里德里希西梅尔和奥罗尔杜平现在首次创建了这种具有固定空间布局的人工细胞模块。关键是细胞可以相互交流。

慕尼黑工业大学合成生物系统物理学(E14)教授Friedrich Simmel解释说：“我们的系统是迈向具有复杂时空行为的类组织合成生物材料的第一步，在这种生物材料中，单个细胞特化并区分自己，这与生物有机体不同。

基因在固定的结构中表达。

包裹在薄脂肪或聚合物薄膜中的凝胶或乳液液滴被用作人工细胞的基本构件。在这些10至100微米大小的单元中，化学和生物化学反应可以不受限制地进行。

研究小组利用脂质膜密封的液滴将它们组装成被称为“微组织”的人工多细胞结构。液滴中使用的生化反应液可以产生RNA和蛋白质，使细胞具有基因表达能力。

细胞的信号交换和空间分化

但这还不是全部：小的“信号分子”可以通过细胞膜或细胞膜中的蛋白质通道在细胞之间交换。这允许它们在时间和空间上相互耦合。因此，系统变得充满活力——就像在现实生活中一样。

因此，化学脉冲通过细胞结构传播并传递信息。信号也可以作为触发因素，让相同的细胞在最初有不同的发展。“我们的系统是多细胞系统的第一个例子，其中具有基因表达的人工细胞具有固定的排列，并通过化学信号耦合。通过这种方式，我们实现了一种形式的空间分化，”西梅尔说。

模型、小型工厂和微型传感器

开发这些合成系统非常重要，因为它们允许科学家在模型中研究生命起源的基本问题。只有当细胞开始特化并分布在协同的细胞之间，才能实现复杂的生物，这是基础研究中最引人入胜的问题之一。

研究人员使用定制的模块化细胞系统构建套件，希望在未来模拟生物系统的各种特性。这个想法是细胞对环境做出反应，学会独立行动。

第一批应用已经出现：从长远来看，人工细胞模块可以作为生产特定生物分子的小工厂，或者作为处理信息和适应其环境的微型机器人传感器。

三维打印机的单位

弗里德里希西梅尔和奥罗尔杜平仍然使用显微操作器手工组装他们的细胞系统。然而，在未来，他们计划与慕尼黑应用科学大学合作，例如，利用3D打印技术系统地构建更大、更逼真的系统。

这项工作由欧洲研究理事会和DFG卓越纳米系统倡议资助。Aurore Dupin由DFG研究和培训小组“合成生物学的化学基础”资助。

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