ترکیب موفق سلول‌های مصنوعی با سلول‌های طبیعی

هر چه سلول‌های زیستی طبیعی را بیشتر مطالعه کنیم، بیشتر در مورد نحوه‌ی کنترل آن‌ها یا تولید نسخه‌های مصنوعی از آن‌ها یاد می‌گیریم. پژوهشگران کالج سلطنتی لندن در مورد راهی که بتوانند دو نوع سلول طبیعی و مصنوعی را با هم ترکیب کنند و با استفاده از خصوصیات هر دوی آن‌ها، کارخانه‌های شیمیایی کوچکی بسازند که شاید روزی بتوانند در موارد آزمایش‌های تحویل دارو (رساندن دارو به بخشی از بدن که مورد نظر است) از آن استفاده بگیرند، کار کردند.

در گذشته دانشمندان برای مطالعه درمان بیماری‌هایی همچون سرطان و دیابت، پروتئین‌ها و آنزیم‌ها را درون مجاری مصنوعی (مشابه روده‌ها) قرار دادند. اکنون دانشمندان به‌جای استفاده از برخی از بخش‌های طبیعی سلول، از کل سلول‌های بیولوژیکی در ترکیب با سلول‌های مصنوعی استفاده می‌کنند. اسکار سیس، پژوهشگر اصلی این پروژه می‌گوید:

سلول‌های زیستی می‌توانند عملکردهای بسیار پیچیده‌ای داشته باشند؛ اما زمانی که قصد مهار یک جنبه از عملکرد آن‌ها را داشته باشیم، کنترل آن دشوار است. برنامه‌ریزی سلول‌های مصنوعی، ساده‌تر است اما ما هنوز هم قادر به ساخت پیچیدگی‌های لازم آن‌ها نیستیم. در روش جدید اتصال این دو روش به‌وسیله‌ی ترکیب سلول‌های زیستی و مصنوعی برقرار شده است؛ به نحوی که عملکرد هر دو به جهتی که مد نظر ما است، حرکت کند.

در این پژوهش برای مخلوط کردن سلول‌های طبیعی و مصنوعی از روش میکروفلوییدیک برای هدایت دقیق مایعات در مجاری بسیار باریک استفاده شد. محلولی حاوی سلول‌های زیستی به‌دقت در لوله‌ای از روغن پمپ شد که موجب نفوذ مایع درون قطراتی که دارای پوششی از جنس چربی بودند، می‌شد. سپس قطرات حاوی سلول‌ها در فضایی که در آن روغن روی سطح آب شناور بود، ریخته شد. وزن آنها موجب کشیده شدنشان درون محلول آبی و پوشش آن‌ها درون یک حباب دولایه شده و در نهایت این قطره‌ها به دیواره سلولی مصنوعی نفوذ کردند. نتیجه‌ی نهایی، تولید سلول‌های هیبریدی بود که از یک پوشش مصنوعی حاوی سلول‌ها و آنزیم‌های طبیعی تشکیل شده بود.

ساختار سلول‌های هیبریدی مصنوعی-طبیعی؛ یک سلول زیستی که درون یک حامل سلول مصنوعی قرار گرفته است.

این تیم علمی برای بررسی اینکه آیا سلول‌های زنده و غیر زنده در تعامل با هم فعالیت دارند یا نه، آزمایش مبتنی بر مشاهده‌ی سیگنال فلورسنت تابیده‌شده از جانب سلول‌ها را انجام داد. مشاهده‌ی یک تابش طبیعی به مفهوم عملکرد همگام اجزای مصنوعی و طبیعی این ساختار بود.

میزان پایداری این سلول‌ها نیز با قرار دادن آنها در محلولی غنی از مس، مورد بررسی قرار گرفت. این مخلوط به‌طور طبیعی موجب مرگ سلول‌های زیستی می‌شود؛ اما سلول‌های هیبریدی هنوز از سیگنال فلورسنت تولید می‌کردند و این امر نشان‌دهنده‌ی محافظت پوشش بیرونی از محتویات طبیعی درونی بود. از این عملکرد می‌توان در مواردی که سیستم ایمنی بیمار ممکن است به سلول‌های خارجی استفاده شده در درمان، حمله کند، استفاده کرد.

پژوهشگران بر این باورند که از این تکنیک می‌توان برای موارد مختلفی همچون تحویل هدفمند دارو، تولید حس‌گرها و حتی ساخت باتری‌های سلولی که فرایند فتوسنتز را کنترل کنند، استفاده کرد. با بررسی‌های بیشتر، شاید بتوان مجاری مصنوعی ساخت که همچون حالت طبیعی رفتار کند و در مواقع مورد نیاز، منافذش برای دریافت مواد مورد نظر باز شود. یوال الانی، نخستین نویسنده‌ی این پژوهش می‌گوید:

سیستم طراحی‌شده‌ی ما قابل کنترل و قابل تنظیم است. سلول‌های مصنوعی را می‌توان به‌صورت مکرر و در اندازه‌های مختلف ایجاد کرد. دستگاه‌های سلولی مانند کلروپلاست را برای انجام فتوسنتز یا میکروب‌های مهندسی‌شده‌ای که به‌عنوان حس‌گر عمل می‌کنند، را می‌توان به آنها اضافه کرد.