Trong công trình được công bố trên tạp chí Science, nhóm các nhà khoa học tại Viện Công nghệ sinh học Catalonia (IBEC), Đại học Barcelona, Đại học College London, Đại học Liverpool, Viện Biofisika và Quỹ Khoa học Ikerbasque cho biết tế bào nhân tạo này là một trong những cấu trúc đơn giản nhất từng được chế tạo: chỉ gồm một màng lipid, một enzyme và một lỗ nhân (pore). Tuy nhiên, nó lại có khả năng tự định hướng và di chuyển dựa vào phản ứng hóa học, giống như cách tinh trùng tìm trứng hay bạch cầu lần theo dấu hiệu viêm nhiễm.

Hiện tượng này được gọi là hóa hướng động (chemotaxis), khả năng di chuyển theo nồng độ hóa học, vốn là một kỹ năng sinh tồn quan trọng trong thế giới sinh học. Điểm đặc biệt là tế bào nhân tạo này hoàn toàn không cần đến cấu trúc phức tạp như roi (flagella) hay thụ thể (receptors).

"Chúng tôi tái hiện toàn bộ khả năng di chuyển này chỉ với ba yếu tố: một lớp màng, một enzyme và một lỗ nhân. Không cầu kỳ. Và rồi các quy luật tiềm ẩn của sự sống hiện ra", giáo sư Giuseppe Battaglia (IBEC) chia sẻ.

Tế bào nhân tạo có cấu trúc là liposome, những bong bóng chất béo mô phỏng màng tế bào thật. Khi được đưa vào môi trường có gradient nồng độ glucose hoặc ure, enzyme bên trong liposome sẽ phản ứng với các phân tử này, tạo ra sự chênh lệch nồng độ.

Sự mất cân bằng đó tạo ra dòng chảy vi mô trên bề mặt tế bào, đẩy nó về phía có nồng độ cao hơn. Lỗ màng đóng vai trò như một "cửa xả" có kiểm soát, tạo ra bất đối xứng cần thiết để sinh ra lực đẩy, tương tự như cách tàu thuyền tự vận hành bằng dòng nước.

Trong thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã khảo sát hơn 10.000 tế bào nhân tạo trong các kênh vi lưu dưới điều kiện gradient kiểm soát chặt chẽ. Kết quả cho thấy: những tế bào có nhiều lỗ nhân di chuyển mạnh mẽ hơn theo hướng hóa hướng động; còn tế bào không có lỗ chỉ di chuyển thụ động, có thể do khuếch tán đơn thuần.

Trong tự nhiên, hướng động là chiến lược sống còn giúp tế bào sinh vật tìm dinh dưỡng, tránh độc tố và phối hợp phát triển. Việc mô phỏng chính xác hiện tượng này chỉ với ba thành phần tối giản đã giúp giới khoa học tiến gần hơn đến việc giải mã cách sự sống có thể bắt đầu chuyển động trong giai đoạn tiến hóa sơ khai.

Ngoài giá trị khoa học nền tảng, nghiên cứu còn mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong y sinh và xây dựng. Chẳng hạn tế bào nhân tạo có thể được thiết kế để mang thuốc đến đúng vị trí tổn thương trong cơ thể, phát hiện sự thay đổi hóa học trong môi trường vi mô, hoặc tạo ra các hệ thống tự tổ chức có thể lập trình trong ngành xây dựng.

Vì các thành phần cấu tạo tế bào này đều phổ biến trong sinh học nên có khả năng mở rộng quy mô hoặc điều chỉnh để chế tạo vi robot sinh học mềm, không cần khung kim loại hay mạch điện tử.

"Hãy nhìn kỹ một tế bào nhân tạo chuyển động. Bên trong nó là bí mật: cách tế bào thì thầm, cách vận chuyển những thứ sống còn. Nhưng sinh học tự nhiên quá ồn ào, quá nhiều chi tiết. Vậy nên ta 'gian lận' một chút. Và rồi mọi thứ trở nên tinh giản, đẹp đẽ, một bản nhạc hóa học thuần túy", giáo sư Battaglia ví von.

Phát hiện cấu trúc hoàn toàn mới bên trong tế bào người

Các nhà khoa học vừa phát hiện một cấu trúc hoàn toàn mới trong tế bào người, có vai trò như một trạm trung chuyển nội bào, giúp tế bào sắp xếp, loại bỏ và tái chế các vật liệu bên trong.