بدن انسان از ۳۰ تا ۴۰ تریلیون سلول، شبکه‌ی بزرگ و پیچیده‌ای از سلول‌های خونی، سلول‌های عصبی و سلول‌های تخصصی تشکیل یافته که اندام‌ها و بافت‌ها را به وجود می‌آورند. تاکنون، درک این مسئله که چه مکانیسم‌هایی ارتباط بین این سلول‌ها را کنترل می‌کنند، میسر نشده و همچنان چالش مهمی در پیش روی زیست‌شناسی باقی مانده است.
تحقیقات به رهبری Virgil Percec در دپارتمان شیمی Penn در همکاری با سایر دانشمندان ابزار جدیدی را برای مطالعه‌ی سلول‌های صناعی با جزئیات باورنکردنی ممکن کرده است. Percec و گروهش ارزش متد خود را با این مشاهده نشان دادند که چگونه ساختار یک سلول، توانایی آن را برای برهمکنش با سایر سلول‌ها و پروتئین‌ها دیکته می‌کند. نتایج آن‌ها حاکی از آن است که مولکول‌های قند نقشی کلیدی در ارتباطات سلولی ایفا می‌کنند. مولکول‌های قند در واقع نقش “کانال” را برای ارتباط سلول‌ها و پروتئین‌ها با یکدیگر دارند. یافته‌های این گروه هفته‌ی پیش در ژورنال شرح اقدامات آکادمی ملی علوم منتشر شد.
Percec در این باره می‌گوید:
در نهایت، این تحقیق به درک چگونگی عملکرد غشای سلولی نزدیک شده است. همه سعی دارند نحوه‌ی عملکرد سلول‌ها را درک کنند، ولی این کار فوق‌العاده دشوار است. همه چیز داخل سلول شبه‌مایع است، و همین مسئله بررسی‌های روتین را دشوار می‌سازد”.
زیست‌شناسان سلولی در طول تاریخ از انکسار برای مطالعه‌ی سلول‌ها استفاده کرده‌اند. انکسار یعنی بر هم زدن ساختار سلول و تهیه‌ی تصاویر در سطح اتمی از بخش‌های جدا از هم، مثل پروتئین‌ها. با این حال، مشکل این روش بسیار ساده است: نمی‌توان سلول را به عنوان یک کل مطالعه کرد. متدهای جدیدتر مثل میکروسکوپی فلوروسنس به محققان اجازه می‌دهد تا کل سلول‌ها را زیر ذره‌بین ببرند، ولی همین روش‌های نوین هم پیچیده بوده و نمی‌توانند نمای با وضوح بالا، مثل نمای انکسار ایجاد کنند.
با بهره‌گیری از قابلیت سلول‌های صناعی مهندسی‌شده، Cesar Rodriguez-Emmenegger به کشف راهی برای مطالعه‌ی مستقیم غشاهای سلولی با استفاده از روشی به نام میکروسکوپی نیروی اتمی شده است. با این روش می‌توان اسکن‌هایی با وضوح فوق‌العاده بالا به دست آورد که اشکال و ساختارها را در مقیاسی کمتر از یک نانومتر، نزدیک به ۱۰,۰۰۰ برابر کوچک‌تر از باریکی تار موی انسان، مشخص می‌سازد. سپس گروه Percec مدلی توسعه دادند که رابطه‌ی تصاویر ساختاری را با عملکرد سلول رایانش می‌کند.
این مطالعه اولین نمونه‌ی متدی شبه‌انکسار است که می‌تواند روی سلول‌های بالکل صناعی انجام گیرد. با استفاده از این متد نوین، محققان کشف کردند که غلظت پائین‌تر قندها روی سطح غشای سلول به افزایش واکنش‌پذیری با پروتئین‌های غشای سایر سلول‌ها می‌انجامد.
یکی از اهداف Percec درک نحوه‌ی کنترل ارتباط سلول با سلول و عملکرد سلولی است که با کارهای در حال پیشرفت آن‌ها در زمینه‌ی ساخت سلول‌های دورگه، حاصل از سلول‌های انسان و باکتریایی مرتبط است. در حالی که این گروه از سال ۲۰۱۰ روی میمیک‌های غشای سلول و سیستم‌های مهندسی‌شده کار می‌کند، کشف این متد شبه‌انکسار نوین، به تعبیر خود Percec، تصادفی خوش‌اقبالانه است.
