ایجاد ارتباط میان سلول‌های مصنوعی مشابه سلول‌های زیستی

این گروه تحقیقاتی یک سری مدل‌های محاسباتی ارائه کرده‌اند که نوعی برنامه کار برای توسعه سلول‌های مصنوعی (یا میکروکپسول‌ها) فراهم می‌آورد. این سلول‌ها می‌توانند ارتباط برقرار کرده، به‌صورت مستقل حرکت کرده، و محموله‌هایی همچون مواد شیمیایی مورد نیاز برای انجام واکنش‌ها را جابه‌جا نمایند. بنابر گفته آنا بالاز، یکی از محققان این کار، این ابزارهای «الهام‌گرفته از طبیعت» تماماً از طریق فرایندهای فیزیکی و شیمیایی ساده عمل می‌کنند و بدون وجود بیوشیمی پیچیده درون سلول‌ها، رفتاری مشابه ارگانیسم‌های زنده از خود نشان می‌دهند.

برهمکنش این میکروکپسول‌ها از طریق ترشح نانوذرات به روشی مشابه سیگنال‌دهی سلول‌های زیستی برای ایجاد ارتباط و تشکیل گروه است. این میکروکپسول‌ها همانند مورچه‌ها علائم شیمیایی را دنبال کرده و میکروکپسول‌های دیگر را در همان مسیر به‌دنبال خود می‌کشانند.

بنابر گفته این پژوهشگران، ایجاد ارتباط از طریق برهمکنش میان کپسول‌هایی اتفاق می‌افتد که دو نوع نانوذره مختلف را مبادله می‌کنند. سلول سیگنال‌دهنده نانوذراتی به نام agonistها را ترشح کرده و میکروکپسول «هدف» را وادار می‌سازد نانوذرات دیگری به نام antagonistها را از خود منتشر نماید.

نانوذرات آزاد شده موجب تغییر سطح زیر میکروکپسول‌ها شده و این امر منجر به ایجاد حرکت می‌شود. دیواره‌های پلیمری میکروکپسول‌ها مایع اطراف خود را فشار داده و این مایع در پاسخ به این فشار نیروی بیشتری به کپسول وارد می‌کند و بدین ترتیب میکروکپسول شروع به حرکت می‌کند. در همین حال، نانوذرات آزاد شده از سلول سیگنال‌دهنده این سلول را به سمت سلول هدف می‌کشانند. با حرکت سلول‌های سیگنال‌دهنده در طول یک مسیر و جمع کردن سلول‌های هدف به‌دنبال خود، گروه‌هایی از سلول‌ها تشکیل می‌شوند. بلاز می‌گوید یکی از کاربردهای عملی این فناوری این است که سلول سیگنال‌دهنده می‌تواند سلول هدفی را که حامل یک محموله است، جابه‌جا کند. گام بعدی این گروه کنترل نظم و سرعت جمع شدن سلول‌ها و رهایش آنهاست. تصاویر ویدئویی این برهمکنش‌ها در سایت دانشگاه پیتزبورگ موجود است.

جزئیات این تحقیق در Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) منتشر شده است.