Искусственная клетка научилась бегать

Искусственные клетки начали самостоятельно двигаться. Пока это всего лишь простейшая модель -- масляная суспензия в водном растворе. Однако заложенный в ней принцип универсален, несмотря на свою простоту.

Над созданием искусственных клеток работают ученые со всего мира. Они надеются, что в будущем такие клетки станут незаменимым инструментом в лечении самых разных заболеваний. Однако до совершенного тела, ни в чем не уступающего живой клетке, пока далеко, и разные научные группы разрабатывают разные «детали» и принципы инструмента будущего.

Так, международная группа ученых из университетов Токио (The University of Tokyo), Тиба (Chiba University) в Японии и Южной Дании (University of Southern Denmark) задалась целью заставить искусственную клетку самостоятельно прямолинейно двигаться. Результаты их исследования опубликованы в Journal of American Chemical Society.

Клеточные модели

В качестве модели искусственной клетки они выбрали простейший из возможных объект – масляную каплю в водном растворе. А в качестве движущей силы – градиент поверхностного натяжения.

В водном растворе, содержащем поверхностно активное вещество (ПАВ), химики создали суспензию из капелек 4-октиланилина, в котором в свою очередь растворили катализатор, провоцирующий гидролиз ПАВ с распадом на гидрофильный и липофильный остатки, то есть растворяющийся в воде и в масле соответственно. Капельки были размером от 10 до 140 микрон.

Каталитический моторчик

Когда эти примитивные модели клеток помещали в суспензию, на их поверхности начинала происходить реакция гидролиза ПАВ. Липофильный продукт реакции проникал в масляную каплю. Флуктуации скорости гидролиза приводили к тому, что продукты реакции распределялись в капле неравномерно. Из-за разности состава в объеме капли возникала разница поверхностного натяжения, которая заставляла каплю двигаться в растворе. Движение в свою очередь приводило к тому, что липофильные продукты гидролиза продолжали скапливаться в задней по отношению к направлению движения части капли. Более того, на задней стенке клетки образовывалось скопление еще более мелких капель -- диаметром 3-4 микрона, состоящих из раствора катализатора и продуктов гидролиза в 4-октиланилине. Эти капельки не сливались с основной большой каплей, а поддерживали градиент поверхностного натяжения, заставляющий объект двигаться.

Ученые заметили еще одну интересную особенность. Некоторые капли двигались синхронно. Если одна капля проходила мимо другой на достаточно близком расстоянии, то та пристраивалась «в хвост» и следовала за ней. Этот любопытный факт ученые пока затрудняются объяснить, но предполагают, что в его основе лежит электростатическое взаимодействие. Понаблюдать за «гонкой преследования» можно на видео, которое приложено в качестве дополнительного материала к статье.

Химическое топливо, которое эти искусственные масляные клетки используют для своего движения, как и любое другое, ограничено. Когда ПАВ в растворе кончается, клетка замедляется и останавливается. Ученые отмечают, что их разработка – первая работающая модель «самодвижущейся» искусственной клетки. Принцип, положенный в ее основу, возможно, пригодится для создания более сложных искусственных биообъектов.