Tế bào nhân tạo tự di chuyển bằng phản ứng hóa học

Tương tự vi khuẩn bơi về phía thức ăn hay tế bào miễn dịch chạy đến vị trí nhiễm trùng, tế bào nhân tạo cảm nhận môi trường xung quanh rồi di chuyển đến nơi cần thiết. Mấu chốt nằm ở một quá trình gọi là hướng hóa – khả năng di chuyển theo chênh lệch nồng độ của một chất ở hai khu vực (gradient).

Trong tự nhiên, tinh trùng tìm thấy trứng hay bạch cầu phát hiện viêm nhiễm đều dựa trên quá trình hướng hóa. Nhưng thay vì dựa vào bộ máy sinh học phức tạp như roi hay thụ thể, tế bào tạo do IBEC tạo ra chỉ sử dụng ba thành phần: màng lipid, enzyme và lỗ màng.

Bong bóng chất béo (liposome) tạo thành từ phân tử giống màng tế bào thực sự đóng vai trò lớp vỏ cấu trúc. Khi được đặt trong gradient glucose hoặc urê, enzyme bên trong liposome sẽ phản ứng với các phân tử dẫn đến tình trạng mất cân bằng nồng độ, từ đó hình thành dòng chất lỏng chảy dọc đẩy bong bóng về phía nồng độ cao hơn. Lỗ màng như cánh cổng được kiểm soát cho lực đẩy thoát ra ngoài.

Để chứng minh phương thức di chuyển trên hiệu quả, nhóm nghiên cứu thử nghiệm hơn 10.000 tế bào nhân tạo trong nhiều kênh vi lưu. Họ phát hiện tế bào nhiều lỗ hơn hướng hóa mạnh hơn, tế bào không lỗ di chuyển thụ động về phía nồng độ thấp hơn (có thể do hiện tượng khuếch tán đơn giản).

Giáo sư Giuseppe Battaglia - tác giả nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi tái tạo toàn bộ chỉ với 3 thứ là lớp vỏ mỡ, enzyme cùng lỗ màng. Chẳng cần cầu kỳ và quy tắc ẩn giấu đã lộ diện. Hóa học thuần túy, tinh tế, làm được nhiều hơn với ít thứ hơn”.

Ở hệ thống sống, hướng hóa là chiến lược sinh tồn cơ bản cho phép tế bào đuổi theo chất dinh dưỡng, tránh nguy hiểm và điều phối quá trình phát triển. Tái tạo quá trình này chỉ bằng vài thành phần cơ bản đem lại cho giới khoa học gợi ý về cách sự sống thuở ban đầu di chuyển. Nghiên cứu của IBEC mở ra tiềm năng chế tạo tế bào tổng hợp để truyền thuốc, theo dõi môi trường hay thậm chí xây dựng hệ thống tự lắp ráp theo lập trình sẵn. Vì tất cả thành phần tạo tế bào phổ biến, việc mở rộng quy mô hay sửa đổi nhằm phát triển robot siêu nhỏ từ vật liệu mềm rất dễ dàng.