Tief in unseren Augen orchestrieren die Photorezeptoren der Netzhaut eine komplexe Symphonie chemischer Signale, um uns das Sehen zu ermöglichen. Dieser Mechanismus inspirierte eine Gruppe von ForschernUniversität Basel und "Universität Groningen etwas Außergewöhnliches zu schaffen: synthetische Zellen, die wie natürliche Zellen miteinander kommunizieren können. Es ist eine Entdeckung, die unsere Einstellung zur regenerativen Medizin verändern könnte.
Der Siegeszug der künstlichen Kommunikation
Ein vom Lehrer geleitetes Team Cornelia Palivan und der Nobelpreis Ben Feringa hat ein System von Protozellen geschaffen, das die Funktion der Photorezeptoren der Netzhaut nachahmt. Wie berichtet in der zeitschrift Fortgeschrittene WerkstoffeDiese winzigen Polymerbehälter wurden mit spezifischen Nanokomponenten und Biomolekülen ausgestattet.
Das System besteht aus zwei Arten synthetischer Zellen: den lichtempfindlichen „Sendern“ und den „Empfängern“. Diese Architektur ist ein Meilenstein auf dem Gebiet der synthetischen Biologie: Diese Zellen reagieren auf Umweltreize genauso wie ihre natürlichen Gegenstücke.
Wie synthetische Zellen funktionieren
Im Inneren der emittierenden Zellen befinden sich Nanocontainer (im Wesentlichen). Organellen künstlich) ausgestattet mit Membranen mit speziellen lichtempfindlichen Molekülen, sogenannten „molekularen Motoren“. Ein einziger Lichtimpuls reicht aus, um die Kommunikation auszulösen.
Wenn Licht auf die emittierende Zelle trifft, öffnen diese molekularen Motoren die Nanobehälter und geben ihren Inhalt frei. Die freigesetzte Substanz durchquert dann die Membran der sendenden Zelle und gelangt zur empfangenden Zelle.
In der Empfängerzelle wandelt ein Enzym diese Substanz in ein Fluoreszenzsignal um und bestätigt so, dass eine Kommunikation zwischen den beiden Zellen stattgefunden hat.
Die Rolle von Kalzium bei der Modulation
Calciumionen spielen in diesem System eine grundlegende Rolle, ebenso wie in den natürlichen Photorezeptoren der Netzhaut. In unserem Auge tragen diese Ionen dazu bei, die Reizübertragung zu dämpfen und uns so die Anpassung an helles Licht zu ermöglichen.
Die Forscher replizierten diese Funktion, indem sie die künstlichen Organellen der Empfängerzellen so gestalteten, dass sie auf Kalziumionen reagierten und die Intensität des Fluoreszenzsignals modulierten. Diese zeitliche und räumliche Kontrollmöglichkeit stellt ein absolutes Novum auf diesem Gebiet dar.
Synthetische Zellen, Zukunftsaussichten
Die Forschung ebnet den Weg für spannende Entwicklungen. Die Möglichkeit, Kommunikationsnetzwerke zwischen synthetischen und natürlichen Zellen zu schaffen, könnte die Behandlung verschiedener Pathologien revolutionieren. Die Anwendungen könnten von der regenerativen Medizin bis zur Herstellung von Hybridstoffen reichen, die natürliche und synthetische Elemente kombinieren. Der Lehrer Palivan unterstreicht, dass dies nur die Spitze des Eisbergs ist.
Der nächste Schritt wird darin bestehen, noch komplexere Kommunikationssysteme zu entwickeln, die uns der Komplexität natürlicher biologischer Systeme immer näher bringen. Der Weg ist lang (die Natur grenzt an Perfektion), aber unterwegs lassen sich auch Schätze finden.
