Les chercheurs ont fusionné pour la première fois des cellules vivantes et non vivantes d'une manière qui leur permet de travailler ensemble, ouvrir la voie à de nouvelles applications.

Le système, créé par une équipe de l'Imperial College de Londres, encapsule des cellules biologiques dans une cellule artificielle. En utilisant ceci, les chercheurs peuvent exploiter la capacité naturelle des cellules biologiques à traiter les produits chimiques tout en les protégeant de l'environnement.

Ce système pourrait conduire à des applications telles que des « batteries » cellulaires alimentées par la photosynthèse, synthèse de médicaments à l'intérieur du corps, et des capteurs biologiques qui peuvent résister à des conditions difficiles.

La conception précédente de cellules artificielles impliquait de prendre des parties de « machines » de cellules biologiques - telles que des enzymes qui soutiennent les réactions chimiques - et de les placer dans des boîtiers artificiels. La nouvelle étude, publié aujourd'hui dans Rapports scientifiques , va encore plus loin et encapsule des cellules entières dans des boyaux artificiels.

Les cellules artificielles contiennent également des enzymes qui travaillent de concert avec la cellule biologique pour produire de nouveaux produits chimiques. Dans l'expérience de preuve de concept, les systèmes de cellules artificielles ont produit un produit chimique fluorescent qui a permis aux chercheurs de confirmer que tout fonctionnait comme prévu.

Chercheur principal Professeur Oscar Ces, du Département de chimie de l'Impériale, a déclaré :« Les cellules biologiques peuvent remplir des fonctions extrêmement complexes, mais peut être difficile à contrôler lorsque l'on essaie d'exploiter un aspect. Les cellules artificielles peuvent être programmées plus facilement, mais nous ne pouvons pas encore intégrer beaucoup de complexité.

"Notre nouveau système comble le fossé entre ces deux approches en fusionnant des cellules biologiques entières avec des cellules artificielles, de sorte que la machinerie des deux travaille de concert pour produire ce dont nous avons besoin. Il s'agit d'un changement de paradigme dans la réflexion sur la façon dont nous concevons les cellules artificielles, ce qui contribuera à accélérer la recherche sur les applications dans le domaine de la santé et au-delà."

Pour créer le système, l'équipe a utilisé la microfluidique :diriger les liquides à travers de petits canaux. En utilisant de l'eau et de l'huile, qui ne se mélangent pas, ils étaient capables de faire des gouttelettes d'une taille définie qui contenaient les cellules biologiques et les enzymes. Ils ont ensuite appliqué un revêtement artificiel sur les gouttelettes pour assurer une protection, créer un environnement cellulaire artificiel.

Ils ont testé ces cellules artificielles dans une solution riche en cuivre, qui est généralement très toxique pour les cellules biologiques. L'équipe était encore capable de détecter des produits chimiques fluorescents dans la majorité des cellules artificielles, ce qui signifie que les cellules biologiques étaient toujours en vie et fonctionnaient à l'intérieur. Cette capacité serait utile dans le corps humain, où l'enveloppe cellulaire artificielle protégerait les cellules biologiques étrangères contre les attaques du système immunitaire du corps.

Premier auteur de l'étude Dr Yuval Elani, un chercheur EPSRC également du département de chimie, a déclaré : « Le système que nous avons conçu est contrôlable et personnalisable. Vous pouvez créer différentes tailles de cellules artificielles de manière reproductible, et il est possible d'ajouter toutes sortes de machines cellulaires, tels que les chloroplastes pour effectuer la photosynthèse ou les microbes modifiés qui agissent comme des capteurs."

Pour améliorer la fonctionnalité de ces systèmes cellulaires artificiels, la prochaine étape consiste à concevoir le revêtement artificiel pour qu'il agisse davantage comme une membrane biologique, mais avec des fonctions spéciales.

Par exemple, si la membrane pouvait être conçue pour s'ouvrir et libérer les produits chimiques produits à l'intérieur uniquement en réponse à certains signaux, ils pourraient être utilisés pour administrer des médicaments à des zones spécifiques du corps. Cela serait utile par exemple dans le traitement du cancer pour libérer des médicaments ciblés uniquement au site d'une tumeur, réduire les effets secondaires.

Bien qu'un système comme celui-ci soit encore loin, l'équipe dit qu'il s'agit d'un pas prometteur dans la bonne direction. Le travail est le premier exemple de fusion de composants vivants et non vivants à émerger du nouveau centre FABRICELL de l'Imperial and King's College pour la science des cellules artificielles.