Small:空间位置可控的仿生细胞与真实细胞阵列中的化学信号交流

细胞间的信号传导在自然界中十分常见,比如细菌间的群体感应行为、真菌间的交流、微生物与宿主细胞间的交流、真核生物细胞间的物质或信号交流等。研究仿生细胞/真实细胞网络之间的化学信号传导有助于构建更加复杂的信号通路,从而进一步理解真实细胞间的信号传导。目前关于仿生细胞与真实细胞间交流的研究主要是在溶液中进行,通过将它们在溶液中简单的混合,在无序的状态下研究它们之间的化学信号的传递。然而,细胞之间的相对位置在细胞之间的信号传递的过程中起到非常重要的作用,目前这种简单混合的研究方式无法深入研究化学信号的浓度的变化在信号传导过程中所起到的作用。

哈尔滨工业大学化工与化学学院韩晓军和合作者利用声波辐射力,实现对仿生细胞与真实细胞在二维空间中的定向排列,形成仿生细胞/真实细胞网络阵列,并通过调控仿生细胞和真实细胞对声辐射力的不同响应机制,以非接触的方式实现了对它们之间的相对位置的实时动态调控。该研究团队利用这种网络阵列研究了仿生细胞和红细胞之间的化学物质交流。选用与真实细胞膜组分类似的磷脂组成的巨型磷脂囊泡为仿生细胞模型,首先利用电形成法制备了包有葡萄糖氧化酶且膜上修饰有造孔蛋白(蜂毒素)的巨型磷脂囊泡(Giant unilamellar vesicles, GUVs);利用声场将GUVs和红细胞固定在同一节点上;溶液中的葡萄糖分子可以跨膜进入GUV中,在葡萄糖氧化酶的催化作用下生成过氧化氢(H2O2),H2O2可以扩散到GUVs附近的红细胞中,通过红细胞中血红蛋白的催化将扩散进红细胞中的Amplex Red分子氧化为红色荧光的试卤灵(resorufin)分子,进而将红细胞点亮。此外,还研究了网络阵列中红细胞的空间位置对该反应的影响,发现在两个相邻节点间距离内的不同位置对该反应的影响差别不大。

该方法为仿生细胞/真实细胞网络的构建提供了良好的平台,为仿生细胞和合成生物学的高通量研究提供了新的机遇。相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201906394)上。