Cada célula precisa de uma casca. O interior da célula é separado de seus arredores por uma membrana composta por moléculas de gordura, ajudando a criar o ambiente necessário para a sobrevivência da célula. O desenvolvimento de células artificiais é similarmente dependente de uma casca quimicamente e mecanicamente estável. Dentro da estrutura da rede MaxSynBio, pesquisadores da Sociedade Max Planck e das Universidades de Heidelberg, Jena, Magdeburg e Bordeaux usaram uma nova técnica para produzir partículas feitas de uma variedade de diferentes ácidos graxos que se comportam de maneira muito semelhante às membranas celulares naturais. Os cientistas também foram capazes de preencher as vesículas com proteínas celulares naturais e integrá-las à camada lipídica. Essas partículas lipídicas são um passo importante para o desenvolvimento de um sistema modelo para estudar processos em células naturais. Eles também podem um dia ser um componente de células artificiais.

À primeira vista, a membrana celular natural parece uma estrutura relativamente simples, consistindo em uma camada dupla de moléculas de ácido graxo. Mas de fato, a membrana celular exibe propriedades que se mostraram muito difíceis de reproduzir em laboratório. As células artificiais têm uma casca feita de moléculas de gordura; Contudo, até agora, tem estado muito instável e não poroso. Como resultado, os cientistas não conseguiram povoar essas células artificiais com as moléculas necessárias para que os processos celulares ocorram.

Com a ajuda de um truque, os cientistas do Max Planck e seus colegas criaram vesículas lipídicas que poderiam, no futuro, formar a base das células artificiais. Os pesquisadores usaram gotículas feitas de moléculas orgânicas de cadeia longa conhecidas como polímeros anfifílicos, que agem como surfactantes. As gotículas consistem em uma camada externa de poliéter perfluorado e uma camada interna de polietilenoglicol solúvel em água à qual nanopartículas de ouro foram fixadas. A diferença na solubilidade entre a camada interna e externa significa que as gotículas flutuam em um meio contendo óleo, enquanto retém uma solução aquosa em seu interior. Usando um sistema de microinjeção, os pesquisadores foram capazes de injetar minúsculas vesículas lipídicas nas gotículas de polímero. Adicionar magnésio faz com que as vesículas dentro das gotículas se dissipem e se fundam para formar uma única camada lipídica no interior da gotícula.

"As vesículas lipídicas que isso produz são mecânica e quimicamente estáveis, permitindo-nos injetar proteínas neles, como nas células naturais, "diz Joachim Spatz do Instituto Max Planck de Pesquisa Médica em Heidelberg. Usando um sistema de picoinjeção especialmente desenvolvido para essa finalidade, os pesquisadores puderam injetar quantidades precisamente controladas de proteínas celulares nas vesículas lipídicas de polímero. "Usando esta técnica, somos capazes de povoar até 1000 vesículas por segundo com proteínas - proteínas do citoesqueleto como a actina e tubulina ou a proteína transmembrana integrina. Isso significa que podemos obter rapidamente vesículas suficientes para análises biológicas ou médicas, "explica Spatz. Os cientistas então removem a casca do surfactante e transferem as vesículas lipídicas para uma solução aquosa. As vesículas podem, por exemplo, em seguida, ser feito para interagir com células naturais.

A nova técnica não se limita apenas a ajudar a desenvolver células artificiais, como é o objetivo da biologia sintética e na Alemanha a rede de pesquisa MaxSynBio da Max Planck Society. Ele também oferece um sistema de modelo simples que é rápido de fabricar e pode ser usado para estudar interações com moléculas de sinalização em outras células ou vírus.