研究人员在芯片上开发人造细胞

巴塞尔大学的研究人员开发了一种精确可控的系统，用于模拟细胞中的生化反应级联。他们使用微流体技术生产具有所需特性的微型聚合物反应容器。这种“芯片上的细胞”不仅可用于研究细胞过程，还可用于开发用于化学应用或医学生物活性物质的新合成途径。

为了生存、生长和分裂，细胞依赖多种不同的酶来催化许多连续的反应。鉴于活细胞过程的复杂性，无法确定特定酶何时以何种浓度存在以及它们相对于彼此的最佳比例是多少。相反，研究人员使用较小的合成系统作为模型来研究这些过程。这些合成系统模拟将活细胞细分为不同的隔室。

与自然细胞非常相似

现在，由巴塞尔大学化学系的 Cornelia Palivan 和 Wolfgang Meier 教授领导的团队开发了一种生产这些合成系统的新策略。研究人员在Advanced Materials杂志上撰文，描述了他们如何创造各种合成微型反应容器，称为囊泡，作为一个整体，作为细胞模型。

“与过去不同，这不是基于囊泡的自组装，”Wolfgang Meier 解释说。“相反，我们开发了高效的微流体技术，以便以可控的方式生产载酶的囊泡。” 这种新方法允许研究人员调整不同囊泡的大小和组成，以便在它们内部发生各种生化反应而不会相互影响——就像在细胞的不同隔室中一样。

为了制造所需的囊泡，科学家将各种成分送入硅玻璃芯片上的微小通道中。在这个芯片上，所有的微通道都在一个连接处汇合在一起。如果条件配置正确，这种排列会产生大小均匀的聚合物液滴的水乳液，这些液滴在交叉点形成。

精准控制

囊泡的聚合物膜充当外壳并包围水溶液。在生产过程中，囊泡充满了不同的酶组合。正如第一作者 Elena C. dos Santos 博士解释的那样，这项技术提供了一些关键优势：“新开发的方法使我们能够生产量身定制的囊泡，并精确调整内部酶的所需组合。”

结合到膜中的蛋白质充当孔，并允许化合物选择性运输进出聚合物囊泡。孔径的设计只允许特定的分子或离子通过，从而能够对自然界中彼此紧密并排发生的细胞过程进行单独研究。

“我们能够证明新系统为研究酶促反应过程提供了极好的基础，”Cornelia Palivan 解释说。“可以优化这些过程以促进所需最终产品的生产。此外，该技术使我们能够检查在代谢疾病中起作用或影响体内某些药物反应的特定机制。”

这项工作得到了巴塞尔大学瑞士纳米科学研究所、瑞士国家科学基金会和国家研究能力中心“MSE-分子系统工程”的支持。

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