Британские химики предложили способ сборки искусственных клеток в упорядоченные двумерные и трехмерные структуры с использованием оптического пинцета. В качестве таких клеток ученые использовали везикулы — пузырьки диаметром в несколько микрометров, окруженные липидной мембраной. Сборка пузырьков в упорядоченные системы оказалась возможна благодаря точному контролю состава растворенных веществ как в самих везикулах так и в окружающей их водной среде, пишут ученые в Nature Communications.
Для моделирования простейших биологических клеток или отдельных клеточных органоидов в физических экспериментах часто используют везикулы — пузырьки жидкости, ограниченные однослойной или двухслойной липидной мембраной. В естественной среде подобные частицы составляют основу большинства клеточных органоидов и активно используются, например, для транспорта веществ. А искусственно полученные везикулы в зависимости от размера можно использовать для проведения пространственных химических реакций, переноса веществ, в качестве элементов сложных физико-химических систем или, например, для получения модельных искусственных тканей. Для многих из этих приложений требуются не отдельные частицы, а системы из большого числа везикул, составленных в пространственно упорядоченные двумерные или трехмерные массивы. Тем не менее, методов для сборки таких массивов существует мало, и почти все они основаны на процессах самоорганизации, поэтому конечную форму образовавшихся структур довольно сложно контролировать.
Группа британских химиков под руководством Ювала Элани (Yuval Elani) из Имперского колледжа Лондона предложила для перемещения везикул использовать методику оптического пинцета, то есть управлять ими с помощью лазерного пучка. Для этого везикулы размером около 10 микрометров (то есть размером со среднюю клетку) помещали в раствор хлорида натрия и фиксировали на стеклянной подложке, покрытой альбумином бычьей сыворотки, так что они могли относительно свободно перемещаться в плоскости. Для их захвата и перемещения использовался лазерный пучок с длиной волны 1070 нанометров. Захват происходил за счет разницы в коэффициентах преломления между внутренним содержимым везикулы и внешней средой.
Благодаря комбинации электростатического взаимодействия, сил Ван-дер-Ваальса и химической связи при соприкосновении друг с другом везикулы образовывали прочные агломераты — димеры, треугольники, цепочки и даже пирамидки. Управлять плотностью соединений ученые могли, например, меняя концентрацию соли в растворе (от 0,2 до 0,7 моль на литр). После соединения полученные агломераты из нескольких везикул двигались как единый объект.
Ученым также удалось продемонстрировать вариативность предложенного подхода, показав что в зависимости от задач можно различным образом менять тип взаимодействия между везикулами. Так, химики смогли получить димерные системы, в которых две везикулы связаны друг с другом транспортным каналом для ионов кальция (при этом во внешнюю среду эти ионы не попадали). Кроме того, за счет присоединения к поверхности везикул наночастиц золота две такие частицы при облучении лазером можно было заставить слиться в единую более крупную везикулу, так что их содержимое перемешивалось.
По словам ученых, гибкость предложенного ими подхода, который дает возможность собирать и разбирать агломераты из нескольких везикул, менять их структуру или сливать частицы с образованием одной более крупной, в будущем может сделать его одним из наиболее используемых методов при работе с искусственными клетками.
В зависимости от типа моделируемой системы, в созданном из везикулы искусственном аналоге клетки должны присутствовать те или иные органоиды или молекулярные системы. Например, в прошлом году итальянским биологам удалось встроить в мембрану такой везикулы фотосинтетический аппарат бактерий. За счет правильной ориентации реакционных центров на мембране гигантской везикулы такая система оказалась способна эффективно создавать протонный градиент.
Александр Дубов