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Synthetisches Proto-Gewebe, das in der Lage ist, synchronisiert zu schlagen

19.10.2018

Die Entdeckung ist der erste chemisch gesteuerte Ansatz zur Herstellung eines künstlichen Gewebes. Die Ergebnisse, die in Zukunft wichtige gesundheitliche Anwendungen haben könnten, könnten dazu führen, dass chemisch programmiertes synthetisches Gewebe verwendet wird, um versagendes lebendes Gewebe zu unterstützen und bestimmte Krankheiten zu heilen.

Die Entwicklung von synthetischem Gewebe, das die Fähigkeit lebender Zellen nachahmen kann, Funktionen wie Schlagen und chemische Entgiftung zu produzieren, ist bisher eine große Herausforderung der synthetischen Biologie geblieben.

Ein Team unter der Leitung von Professor Stephen Mann FRS und Dr. Pierangelo Gobbo von der Bristol's School of Chemistry programmierte künstliche synthetische Zellen, so genannte Protozellen, um auf höchst koordinierte Weise miteinander zu kommunizieren und zu interagieren.

Die Forscher konstruierten zwei Arten von künstlichen Zellen, die jeweils eine Protein-Polymer-Membran, aber mit komplementären Oberflächenverankerungsgruppen aufweisen. Anschließend montierte das Team eine Mischung aus den klebrigen künstlichen Zellen zu chemisch gekoppelten Clustern, um selbsttragende künstliche Gewebe-Sphäroide herzustellen. Durch die Verwendung eines Polymers, das sich bei Temperaturänderungen unter oder über 37°C ausdehnen oder zusammenziehen könnte, war es möglich, das künstliche Gewebe dauerhaft schlagfesten Schwingungen in der Größe zu unterziehen.

Das Team konnte die Funktionalität der künstlichen Gewebe erhöhen, indem es Enzyme in ihren künstlichen Zellen einfängt. Mit verschiedenen Kombinationen von Enzymen war das Team in der Lage, die Amplitude der Schläge zu modulieren und die Bewegung chemischer Signale in und aus dem künstlichen Gewebe zu steuern.

Professor Stephen Mann FRS, Professor für Chemie an der Universität Bristol und Hauptautor, sagte: "Unser Ansatz für das rationelle Design und die Herstellung von Prototissue schließt eine wichtige Lücke in der synthetischen Biologie von unten nach oben und sollte auch zur Entwicklung neuer bioinspirierter Materialien beitragen, die an der Schnittstelle zwischen lebenden Geweben und ihren synthetischen Gegenstücken arbeiten."

Dr. Pierangelo Gobbo, Hauptautor, fügte hinzu: "Unsere Methodik eröffnet einen Weg vom synthetischen Aufbau einzelner Protozellen zur Ko-Assemblierung und räumlichen Integration multiprotozellulärer Strukturen. Auf diese Weise können wir die Spezialisierung einzelner Protozelltypen mit den gemeinsamen Eigenschaften des Ensembles verbinden."

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