Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Nano- and Micro- Materials Interfaces for Migratory Artificial Cells

Alternativ tittel: Nano- og mikro-materialgrensesnitt for migrerende kunstige celler

Tildelt: kr 8,2 mill.

I dette prosjektet produserte vi primitive syntetiske celler i et laboratoriemiljø og studerte deres oppførsel på overflater. Generelt har alle overflater energi. Disse energiene er så små at de bare er tilstrekkelige til å påvirke individuelle atomer. Kunstige celler kan settes sammen fra lipider, som er biologiske overflateaktive stoffer. Disse molekylene samhandler veldig spesifikt med overflater. Vi tok fordel av vårt sofistikerte mikromanipulasjonsutstyr som gjør oss i stand til å se på fenomener i den størrelsesskalaen, og oppdaget at våre kunstige celler kan endre form, ta nye former og danne fantastiske nettverk. Disse nettverkene består av våre kunstige celler og tunnelerende nanorør som forbinder dem som motorveier forbinder byer. Cellene i nettverkene kan sende molekyler til andre celler gjennom rørforbindelsene og også kjenne de fysiske forholdene til andre celler i nettverket, for eksempel belastningen på membranen. Hvis slike nettverk har overflødig lipidmateriale, kan de sende det til nettverket for å redusere stresset hos andre. Hvis det er en mild vannstrøm rundt de kunstige cellene, kan de løfte seg fra overflaten, flytte til andre områder og slå seg ned. Til vår forbauselse oppdaget vi at dette er ekstremt viktig for livets opprinnelse, fordi et slikt system er så enkelt at det lett kunne ha blitt dannet under tidlig jordtilstand. Vi innså at det bare kreves vann, biomolekyler og overflater som var i overflod tilgjengelig allerede for 4 milliarder år siden. Prosjektet startet som en liten gruppe forskere ved UiO, en ph.d.-student, en postdoktor og en hovedetterforsker, og da det ble klart at dette prosjektet har en enorm innvirkning på livets opprinnelse, kom nye nasjonale og internasjonale samarbeidspartnere til og prosjektet ble en virkelig tverrfaglig innsats som kombinerer forskere fra molekylærbiologi, materialvitenskap, fysikk, geologi og planetariske vitenskaper. Det er ikke så vanlig at en original hypotese produseres som et resultat av et prosjekt som fører til dannelsen av et nytt forskningsfelt. Vi oppnådde dette og fikk mye oppmerksomhet fra internasjonale eksperter og media. Dette prosjektet bidro med et lite, men viktig nøkkelelement som kan hjelpe oss til å løse et av vår tids største vitenskapelige spørsmål. Hvordan ble den første levende cellen dannet? Vel, mest sannsynlig ved hjelp av overflater.

The project results are fundamentally important for the origin of life research. The autonomous artificial cell generation and migration system we discovered is so simple that it could have easily come into existence under early Earth conditions. We realized that only water, relatively simple biomolecules and surfaces are required, which were in abundance available already 4 billion years ago. Our results have a clear impact on the understanding of possible pathways to the first biological cells. There is a distinct migration aspect under such conditions which is required for the evolution/transformation of pre-cellular structures to biological cells. The results of this project have already created a new research field: The impact of interfaces on primitive cells at the origin of life, an angle which has been overlooked for decades. It is not so common that an original hypothesis is produced as result of a fundamental research project, that leads to the formation of a new research field. We achieved this and gained significant attention by international experts and media. The project contributed with a small but important key element that can help us to solve one of the biggest scientific questions of our time: How did the first living cell form? The beginning of life is considered as one of the 10 pending big questions of science. The subject of the development of life on Earth is of exceptionally broad interest. Directly related to these results, the project led to a successful PhD graduate. The postdoctoral fellow, working in the project, received a Marie Sklodowska-Curie Fellowship under the Scientia Fellows II programme, which is a major step for her career development.

Biological cells migrate to perform tasks essential for life, and are associated with disease development. During development of an embryo, a special neuron, the growth cone, finds its matching neuron by migrating towards it. Wounds on our skin close by migration of cells at the circumference of the wound. The spreading of malignant tumors occurs through migration of cancer cells. Despite its key roles in these and many others processes, the biophysical mechanisms of cellular migration are currently not sufficiently understood. Many research groups investigate these problems exclusively from a molecular biology perspective, where they manipulate genetic mechanisms suspected of playing a role in migration; and observe if and how the genetically manipulated cells differ from the native ones. Despite of remarkable progress achieved with this approach, one important component of migration has received little attention: the materials-associated processes at the interfaces between a migrating cell and its environment. While migration is occurring, cells continuously interact in a complex manner with the contact areas they establish on surfaces, and the surrounding chemical and physical environment. Migration is highly dependent on how cells perceive the interface they migrate at. This research project adapts a new alternative route of investigation, focusing on the soft- and hard matter solid interfaces, and aims to engineer substrates at the nano- and microscale to study their interaction with simplified, minimal cell models. Learning from nature in this context is one of the most challenging, but also most rewarding targets for technology-oriented research. It has the possibility to address a wider range of health-related challenges associated with migration, and enables new research directions with high application value, such as preventing spreading of cancerous tumors.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek