In ons lichaam communiceren cellen over lange afstanden met elkaar. Denk bijvoorbeeld aan een infectie, waarbij immuuncellen vanuit het hele lichaam te hulp schieten. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) en Radboud Universiteit (Nijmegen) vroegen zich af of ze dit konden nabouwen. Ze slaagden erin een collectief aan kunstmatige cellen met elkaar te laten communiceren.

Vernieuwend aan hun systeem is dat de communicatie over lange afstanden kan plaatsvinden. Met dit onderzoek willen de onderzoekers een platform bouwen om biologische processen verder te ontrafelen. De onderzoekers publiceerden de resultaten vorige week in Nature Communications. 

 

Communicatienetwerk

Biologische cellen praten met elkaar en kunnen elkaar zelfs aansturen door specifieke signaalmoleculen los te laten. Komen die moleculen bij een ontvangende cel aan, dan kan die daar een reactie veroorzaken.

Om dit netwerk na te bootsen, ontwikkelden de onderzoekers twee soorten blaasjes van tien tot twintig micrometer groot. Van fosfolipiden, het voornaamste bestanddeel van de buitenste laag van dierlijke cellen, maakten ze 'zenders' en 'ontvangers'. De zenders worden getriggerd om een chemisch signaal af te geven. Dat signaal 'reist' vervolgens naar de ontvanger, dat op zijn beurt in actie komt.
 

De ontvanger-blaasjes (rood) nemen het chemisch signaal op en maken als gevolg daarvan fluorescerende moleculen aan (blauw). Bron: publicatie Intercellular communication between artificial cells by allosteric amplification of a molecular signal.

 

Eén op één

Al eerder maakten onderzoekers kunstmatige cellen die met elkaar konden communiceren. De cellen moesten echter dicht bij elkaar zijn wilden ze op elkaar reageren. 'Het signaalmolecuul werd in deze gevallen in de ontvangende cel direct omgezet in een product, bijvoorbeeld een fluorescerend molecuul', zegt Jan van Hest, een van de onderzoekers. 'Dat betekent dat het signaal één op één wordt omgezet in het reactieproduct.'

Als de cellen zich op grotere afstand van elkaar bevonden en slechts enkele signaalmoleculen bij de ontvanger aankwamen, was er nauwelijks een reactie. 

 

Signaalversterker

De Nederlandse onderzoekers bedachten hierom een signaalversterker. In de ontvangers verwerkten ze speciale enzymen. Een binnekomend signaal molecuul activeert dat enzym en laat de reactie plaatsvinden. 'Het signaalmolecuul wordt nu niet omgezet in een product, maar slechts gebruikt om het enzym te activeren', zegt Van Hest. 'Zo kan een signaalmolecuul een reeks reacties in gang zetten. Als een versterker dus.' 
 

Schematische weergave van de communicerende kunstmatige cellen. Illustratie: Bastiaan Buddingh.

 

Bewegen

De onderzoekers zijn van plan hun platform van communicerende kunstmatige cellen verder uit te werken. 'Nu maakt de ontvanger bij ontvangst van het signaal fluorescerende moleculen aan. Dat is handig omdat we zo kunnen zien dat ons systeem werkt,' zegt Van Hest. 'Maar nu we hebben bewezen dat dit werkt, willen we meer gecompliceerde reacties laten plaatsvinden.'

Daarna willen de onderzoekers zelfs proberen de ontvangercellen naar de zender toe te laten bewegen: precies zoals dat in het lichaam gebeurt met immuuncellen wanneer er een ontsteking optreedt.


Beeldmateriaal: depositphotos