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L’une des fonctions essentielles des cellules biologiques (dont celles de votre corps) est leur capacité de réagir à leur environnement, aux différents changements chimiques qui ont lieu. Les cellules peuvent réagir aux produits chimiques en créant certaines protéines, en augmentant la production d’énergie ou en s’autodétruisant. Aussi, elles utilisent les produits chimiques pour communiquer entre elles et coordonner une réponse ou envoyer un signal, tel qu’une impulsion électrique de douleur.

Cependant, dans les cellules naturelles, ces réactions chimiques peuvent être très complexes et impliquer de multiples étapes. Cela les rend difficiles à mettre au point, par exemple si les chercheurs veulent faire en sorte que les cellules naturelles produisent quelque chose d’utile, comme une molécule médicamenteuse.

Pour tenter de répondre à cette problématique, des chercheurs de l’Imperial College London ont récemment développé des cellules artificielles qui imitent ces réactions chimiques d’une manière beaucoup plus simple, leur permettant d’être plus facilement manipulées. Les cellules artificielles ainsi créées pourraient être utilisées pour détecter les changements dans l’organisme et réagir en libérant des molécules médicamenteuses, ou encore pour détecter et éliminer les métaux nocifs dans l’environnement.

Il s’agit donc des premières cellules artificielles capables de détecter et de répondre à un signal chimique externe en activant une voie de signalisation artificielle. Elles peuvent détecter les ions calcium et réagir par fluorescence. Les résultats de l’étude sont à paraître dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.

« Ces systèmes pourraient être développés pour l’ensemble de la biotechnologie. Par exemple, nous pourrions envisager de créer des cellules artificielles capables de détecter les marqueurs du cancer et de synthétiser un médicament dans le corps, des cellules capables de détecter des métaux lourds dangereux dans l’environnement et de libérer des ‘éponges’ sélectives pour nettoyer » déclare l’auteur principal de l’étude, James Hindley, du département de chimie de l’Imperial College London.

La cellule artificielle développée par les chercheurs contient des cellules plus petites, appelées vésicules cytoplasmiques. Le bord de la cellule est formé d’une membrane qui contient des pores, ceux-ci permettant aux ions calcium d’entrer. À l’intérieur de la cellule, les ions calcium activent les enzymes qui amènent les vésicules à libérer des particules fluorescentes.

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liposome schema vesicule simple

Schéma d’une vésicule simple (liposome). Crédits : Wikimédia

« La biologie a évolué pour devenir robuste, en utilisant des réseaux complexes de métabolisme et de régulation. Cela peut rendre difficile l’édition de cellules, car de nombreuses voies de réponse chimiques existantes sont extrêmement compliquées à copier ou à concevoir. […] Au lieu de cela, nous avons créé une version tronquée d’une voie trouvée dans la nature, en utilisant des cellules artificielles et des éléments issus de systèmes naturels différents. Ceci afin de créer une voie de signalisation plus courte et plus efficace produisant les mêmes résultats » ajoute Hindley.

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Le système des chercheurs est plus simple, car un grand nombre des éléments nécessaires aux cellules pour se déplacer dans des systèmes naturels ne sont pas indispensables ici, tels que les sous-produits toxiques pour les cellules.

À l’intérieur du système, les pores de la membrane et les enzymes activées par le calcium proviennent de systèmes biologiques existants (l’enzyme est issue du venin d’abeille, par exemple).

Les cellules artificielles permettent d’y intégrer plus facilement des éléments naturels que l’inverse (ajout d’éléments externes à un système biologique existant). Là est tout l’intérêt, expliquent les chercheurs, de l’utilisation de ce type de cellules.

Source : Phys.org

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