Chaque cellule a besoin d'une coquille. L'intérieur de la cellule est séparé de son environnement par une membrane constituée de molécules de graisse, aider à créer l'environnement nécessaire à la survie de la cellule. Le développement de cellules artificielles dépend également d'une coquille chimiquement et mécaniquement stable. Dans le cadre du réseau MaxSynBio, des chercheurs de la Max Planck Society et des universités de Heidelberg, Iéna, Magdebourg et Bordeaux ont utilisé une nouvelle technique pour produire des particules constituées d'une gamme de différents acides gras qui se comportent très comme des membranes cellulaires naturelles. Les scientifiques ont également pu remplir les vésicules avec des protéines cellulaires naturelles et intégrer des protéines dans la couche lipidique. Ces particules lipidiques sont une étape importante vers le développement d'un système modèle pour l'étude des processus dans les cellules naturelles. Ils pourraient aussi un jour être un composant de cellules artificielles.

A première vue, la membrane cellulaire naturelle ressemble à une structure relativement simple constituée d'une double couche de molécules d'acide gras. Mais en fait, la membrane cellulaire présente des propriétés qui se sont avérées très difficiles à reproduire en laboratoire. Les cellules artificielles ont une coquille faite de molécules de graisse; cependant, jusqu'à maintenant, il a été trop instable et non poreux. Par conséquent, les scientifiques ont été incapables de peupler ces cellules artificielles avec les molécules nécessaires au processus cellulaire.

A l'aide d'une astuce, les scientifiques de Max Planck et leurs collègues ont créé des vésicules lipidiques qui pourraient à l'avenir former la base de cellules artificielles. Les chercheurs ont utilisé des gouttelettes fabriquées à partir de molécules organiques à longue chaîne appelées polymères amphiphiles, qui agissent comme des tensioactifs. Les gouttelettes se composent d'une couche externe de polyéther perfluoré et d'une couche interne de polyéthylène glycol soluble dans l'eau à laquelle des nanoparticules d'or ont été attachées. La différence de solubilité entre la couche interne et externe signifie que les gouttelettes flottent dans un milieu contenant de l'huile, tout en conservant une solution aqueuse à l'intérieur. Grâce à un système de micro-injection, les chercheurs ont pu injecter de minuscules vésicules lipidiques dans les gouttelettes de polymère. L'ajout de magnésium provoque la dissipation et la fusion des vésicules à l'intérieur des gouttelettes pour former une seule couche lipidique à l'intérieur de la gouttelette.

"Les vésicules lipidiques que cela produit sont mécaniquement et chimiquement stables, nous permettant d'y injecter des protéines, comme dans les cellules naturelles, " explique Joachim Spatz de l'Institut Max Planck de Recherche Médicale à Heidelberg. A l'aide d'un système de picoinjection spécialement développé à cet effet, les chercheurs ont pu injecter des quantités contrôlées avec précision de protéines cellulaires dans les vésicules polymères-lipides. « En utilisant cette technique, nous sommes capables de peupler jusqu'à 1000 vésicules par seconde avec des protéines – des protéines du cytosquelette comme l'actine et la tubuline ou la protéine transmembranaire intégrine. Cela signifie que nous pouvons obtenir rapidement suffisamment de vésicules pour une analyse biologique ou médicale, " explique Spatz. Les scientifiques retirent ensuite la coque du tensioactif et transfèrent les vésicules lipidiques dans une solution aqueuse. Les vésicules peuvent, par exemple, ensuite être amenés à interagir avec les cellules naturelles.

La nouvelle technique ne se limite pas à aider à développer des cellules artificielles, tout comme l'objectif de la biologie synthétique et en Allemagne le réseau de recherche MaxSynBio de la société Max Planck. Il propose également un système modèle simple, rapide à fabriquer et pouvant être utilisé pour étudier les interactions avec des molécules de signalisation sur d'autres cellules ou virus.