Synthetische Biologie: US-Forscher entwickeln programmierbare Cyborg-Zellen

Ein US-Team hat Zellen entwickelt, die auf bestimmte Funktionen programmiert werden können, sich aber nicht vermehren.

Artikel veröffentlicht am 7. Februar 2023, 11:20 Uhr, Werner Pluta

Künstlerische Darstellung der Cyborg-Zellen: Die Zellen konnten in Krebszellen eindringen. (Bild: Cheemeng Tan, UC Davis)

Programmierbare Zellen: Einem Forscherteam in den USA ist es gelungen, Zellen so zu modifizieren, dass sie wie lebende Zellen bestimmte Aufgaben übernehmen, ohne sich dabei jedoch zu reproduzieren. Für diese Cyborg-Zellen soll es viele Anwendungsmöglichkeiten geben.

Das Team um den Biomediziner Cheemeng Tan von der University of California in Davis (UC Davis) hat dazu lebenden Bakterienzellen Bausteine künstlichen Polymers eingesetzt. Sind die Polymerbausteine in der Zelle, werden sie mit ultraviolettem Licht bestrahlt, wodurch sie eine Hydrogelmatrix ausbilden.

Die Zellen behalten dadurch ihre biologische Aktivität. Aber sie können sich nicht reproduzieren. Zudem sind sie resistenter gegen Stressfaktoren wie Wasserstoffperoxid, Antibiotika oder hohe pH-Werte, die normale Zellen töten.

Ziel der synthetischen Biologie ist es, Zellen mit neuen Funktionen zu entwickeln. Dabei gibt es laut Tan bisher zwei Ansätze: Der eine ist, eine künstliche Zelle von Grund auf aus Biomolekülen und mit einer synthetischen Membran neu zu entwickeln. Diese Zellen sind weniger komplex und können nur eine begrenzte Anzahl von Aufgaben erfüllen.

Das Erbgut kann verändert werden

Der zweite Ansatz besteht darin, das Erbgut einer lebenden Bakterienzelle zu verändern, damit sie neue Funktionen bekommt. Auf diese Weise können die Zellen dazu gebracht werden, sehr unterschiedliche Aufgaben zu übernehmen. Allerdings behalten sie ihre Reproduktionsfähigkeit. Das ist nicht unbedingt wünschenswert, weil auf diese Weise künstlich erzeugte Eigenschaften oder Funktionen sich unkontrolliert verbreiten können.

Das von ihnen entwickelte Verfahren mit den halb lebendigen Zellen stelle einen dritten Ansatz dar, sagte Tan. "Die Cyborg-Zellen sind programmierbar, teilen sich nicht, behalten wesentliche zelluläre Aktivitäten bei und erlangen neue Fähigkeiten."

Anwendungen für diese Zellen sieht das Team unter anderem in der Medizin. Hier gab es bereits einen Test: Es wurden Cyborg-Zellen erzeugt, die in im Labor gezüchtete Krebszellen eindringen konnten, wie das Team in der Fachzeitschrift Advanced Science beschreibt.

Als nächste Schritte will das Team die Auswirkungen anderer Matrixmaterialien sowie weitere Anwendungen untersuchen - von der Bewältigung von Umweltproblemen bis zur Diagnose und Behandlung von Krankheiten. Außerdem wolle es sich mit bioethischen Aspekten der Anwendung der Cyborg-Zellen auseinandersetzen, da es sich um aus Zellen gewonnene Biomaterialien handelt, die weder Zellen noch Materie seien, sagte Tan.