Première auteur Aurore Dupin et Prof. Friedrich Simmel au microscope à fluorescence. Ils utilisent des micromanipulateurs pour assembler leurs systèmes de cellules artificielles. Crédit :Uli Benz / TUM
Friedrich Simmel et Aurore Dupin, chercheurs de l'Université technique de Munich (TUM), ont créé pour la première fois des assemblages de cellules artificielles pouvant communiquer entre eux. Les cellules, séparés par des membranes graisseuses, échanger de petites molécules chimiques de signalisation pour déclencher des réactions plus complexes, comme la production d'ARN et d'autres protéines.
Les scientifiques du monde entier travaillent à la création artificielle, des systèmes semblables à des cellules qui imitent le comportement des organismes vivants. Friedrich Simmel et Aurore Dupin ont créé de tels assemblages de cellules artificielles dans un arrangement spatial fixe. Le point culminant est que les cellules sont capables de communiquer entre elles.
« Notre système est un premier pas vers le tissu-like, des matériaux biologiques synthétiques qui présentent un comportement spatial et temporel complexe dans lequel les cellules individuelles se spécialisent et se différencient, un peu comme les organismes biologiques, " explique Friedrich Simmel, Professeur de physique des biosystèmes synthétiques (E14) à la TU Munich.
Expression génique dans une structure fixe
Des gels ou des gouttelettes d'émulsion encapsulées dans de fines membranes graisseuses ou polymères servent de blocs de construction de base pour les cellules artificielles. A l'intérieur de ces unités de 10 à 100 microns, les réactions chimiques et biochimiques peuvent se dérouler sans entraves.
L'équipe de recherche a utilisé des gouttelettes entourées de membranes lipidiques et les a assemblées en structures multicellulaires artificielles appelées micro-tissus. Les solutions de réaction biochimique utilisées dans les gouttelettes peuvent produire de l'ARN et des protéines, donnant aux cellules une sorte de capacité d'expression génique.
Les molécules signal (bleues) se propagent dans la structure cellulaire artificielle permettant la communication à travers les membranes. Crédit :Aurore Dupin / TUM
Échange de signaux et différenciation spatiale des cellules
Mais ce n'est pas tout :de petites molécules de signal peuvent être échangées entre les cellules via leurs membranes ou des canaux protéiques intégrés dans les membranes. Cela leur permet de se coupler temporellement et spatialement. Les systèmes deviennent ainsi dynamiques, comme dans la vraie vie.
Les impulsions chimiques se propagent ainsi à travers les structures cellulaires et transmettent des informations. Les signaux peuvent également agir comme déclencheurs, permettant à des cellules initialement identiques de se développer différemment. "Notre système est le premier exemple d'un système multicellulaire dans lequel des cellules artificielles avec expression génique ont un arrangement fixe et sont couplées via des signaux chimiques. De cette façon, nous avons atteint une forme de différenciation spatiale, " dit Simmel.
Des modèles, mini usines et microcapteurs
Le développement de ces types de systèmes synthétiques est important car ils permettent aux scientifiques d'étudier des questions fondamentales sur les origines de la vie dans un modèle. Les organismes complexes ne sont devenus possibles qu'après que les cellules ont commencé à se spécialiser et à répartir le travail entre les cellules coopérantes. La façon dont cela s'est produit est l'une des questions les plus fascinantes de la recherche fondamentale.
