人体由3千万至4千万个细胞组成，这是一个庞大而复杂的血细胞，神经元和构成器官和组织的特化细胞网络。到目前为止，确定哪些机制控制它们之间的通信已经证明是细胞生物学领域的重大挑战。
由宾夕法尼亚大学化学系的Virgil Percec领导的研究，与大学的细胞和发育生物学和生物学系以及Temple和Aachen大学合作，提供了一种研究合成细胞的新工具。Percec和他的团队通过观察细胞结构如何决定其与其他细胞和蛋白质的交流和相互作用的能力，证明了他们方法的价值。他们发现糖分子在细胞通讯中起着关键作用，是细胞和蛋白质用来相互交流的“通道”。他们本周在“ 美国国家科学院院刊”上发表了他们的研究结果。
“最终，这项研究的目的是了解细胞膜的功能，”Percec说。“人们试图了解人体细胞是如何发挥作用的，但这很难做到。细胞内的一切都像液体一样，这使得用常规方法分析它很困难。”
细胞生物学家历来使用衍射来研究细胞。这包括将它们分开并拍摄各个部分(如蛋白质)的原子级图片。然而，这种方法的问题在于它不允许整体研究细胞。更新的方法，如荧光显微镜，研究人员可以研究整个细胞，但这些工具很复杂，并没有提供衍射可以提供的高分辨率视图。
使用工程合成细胞作为模型系统，主要作者，现在在亚琛的Percec小组成员Cesar Rodriguez-Emmenegger发现了一种使用原子力显微镜直接研究细胞膜的方法。这种方法产生极高分辨率的扫描，显示小于纳米级的形状和结构，比人类头发的宽度小近10,000倍。然后，Percec的小组建立了一个模型，用于计算结构图像与细胞功能的关系。
该研究是可以在整个合成细胞上进行衍射样方法的第一个例子。使用这种新方法，Percec的研究小组发现细胞膜表面较低浓度的糖导致其他细胞膜上蛋白质的反应性增加。
Percec的目标之一是弄清楚如何控制细胞间通讯和细胞功能，这与他的小组正在进行的创造由人和细菌细胞部分组成的杂交细胞的工作有关。虽然他的研究小组自2010年以来一直在研究细胞膜模拟和工程系统，但正如Percec描述的那样，这种类似衍射的新方法的发现是一次“幸运的意外”。
“我们处理其他人认为没有解决方案的问题。你不可能在一夜之间取得重大突破，”Percec说。“我们团队中的所有这些人都很有天赋，并且拥有解决各种问题所需的机器，将故事融合在一起。”
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