El término no hace referencia a una entidad física específica, sino a la idea de que ciertas funciones o estructuras de una célula biológica pueden ser remplazadas o suplementadas con una entidad sintética.
Tal como nanopartículas, liposomas, polimerosomas, microcápsulas y un número de otras partículas se han clasificado como células artificiales.
[5] Aunque no sea completamente sintética, ya que los componentes del citoplasma, al igual que la membrana se mantienen del huésped, la célula diseñada está bajo el control de un genoma sintético y es capaz de replicarse.
[7] En los 1970's, investigadores pudieron introducir enzimas, proteínas y hormonas a microcápsulas biodegradables, posteriormente usándolas clínicamente en enfermedades como el síndrome de Lesch-Nyhan.
Además, las membranas pueden ser diseñadas para que tengan proteínas de superficie como albúmina, antígenos, bombas sodio-potasio, o poros tales como canales iónicos.
Estos polímeros se pueden administrar en forma líquida por medio de una inyección macroscópica y que solidifica o gela in situ debido a la diferencia en pH o temperatura.
Se han desarrollado muchas variaciones para la preparación y encapsulación de las células artificiales.
Un homogeneizador es primero usado para crear una suspensión burda que después es bombeada al microfluidizador a altas presiones.
Cuando se les deposita en células artificiales, las enzimas pueden llevar a cabo sus funciones por un período mucho mayor al de enzimas libres[1] y se les puede optimizar de una manera mucho mayor por la conjugación polimérica.
[19] La primera enzima estudiada bajo la encapsulación en una célula artificial fue la asparaginasa para el tratamiento de linfosarcoma en ratones.
[21] Estos tumores tienen una alta dependencia a la tirosina que una célula normal para su crecimiento, y la investigación ha demostrado que bajar sistemáticamente los niveles de tirosina en ratones puede inhibir el crecimiento de melanoma.
Células artificiales encapsulando al citocromo p450 que convierte este profármaco en el fármaco activo se puede diseñar para acumularse en el carcinoma pancreático o implantarlos cerca del sitio del tumor.
Ahí, la concentración local de la ifosfamida va a ser mucho mayor que en otras regiones del cuerpo, así previniendo la toxicidad sistemica.
La tecnología se basa fuertemente en vectores virales que ha alzado preocupaciones conforme a la mutagénesis y respuesta inmune sistémica que ha llevado a muertes humanas[26][27] y al desarrollo de leucemia en ensayos clínicos.
Las membranas de las células artificiales son mucho más delgadas que aquellas usadas en la diálisis y por su pequeño tamaño provocan que haya un tamaño superficial de membrana mucho mayor.
Los hepatocitos co-encapsulados con células madre muestran mayor viabilidad en cultivo después de la implantación[41] y la implantación de células madre artificiales solas han mostrado mayor regeneración hepática.
[2] La administración oral de cultivos de bacterias resulta ser problemática debido a que son blanco del sistema inmune y generalmente son destruidas al ser administradas por esta vía.
Las células artificiales suelen enfocarse en este problema al inmiscuirse en el cuerpo y los efectos selectivos y a largo plazo de liberación incrementando la viabilidad de la bacteria para llegar al sistema gastrointestinal.
[1] Algunos intentos se han intentado para el desarrollo de células rojas completamente funcionales que comprende carbónico no solo en un portador de oxígeno, sino también las enzimas asociadas con la célula.
[1] Una célula roja biológica incluye lípidos y asociadas a proteínas puede ser usada a encapsular nanopartículas e incrementar el tiempo de residencia in vivo al derivar macrófagos y el sistema de despeje.
[54] Los polimerosomas son vesículos compuestos de una bicapa que puede encapsular muchas moléculas activas como fármacos o enzimas.
Al proporcionarlas con propiedades adhesivas de los leucocitos a sus membranas, pueden hacerse para alentar, o deslizarse a través de las paredes eepiteliales dentro del rápido flujo del sistema circulatorio.
El futuro se encuentra en la creación de un protobionte (pre-célula), o una célula que contenga los mínimos requerimientos para la vida.
[57] La mayoría de las redes regulatorias y metabólicas aún no se han caracterizado.
[59][60] Los principales obstáculos previstos y encontrados en la pre-célula son la creación del ADN sintético mínimo que contenga suficiente información para la vida, y la reproducción de componentes no génicos que son integrales en el desarrollo celular como la auto-organización celular.
Hasta ahora, no se han sintetizado células artificiales capaces de auto-reproducirse usando las moléculas de la vida, y su objetivo aun esta en un futuro distante, aunque varios grupos apuntan a esta metas.
La Comisión Europea patrocinó el desarrollo del "Programmable Artificial Cell Evolution" (PACE), programa entre 2004-2008 cuya principal meta fue la fundación para la creación de un "organismo microscópico auto-organizable, auto-replicacble y con entidades autónomas evolucionables construida por simples sustancias orgánicas e inorgánicas que puedan ser genéticamente auto-programables para cumplir funciones específicas" [64] para la eventual integración en sistemas de información.
El programa PACE desarrollo la primera Máquina OMEGA, un sistema microfluídico con soporte de vida para células artificiales que puede complementar funciones químicas faltantes (como fue propuesto por Norman Packard, Steen Rasmussen; Mark Beadau y John MacCaskill).
La principal idea era utilizar una matriz paralela masiva de electrodos acoplados a un circuito electrónico dedicado a nivel local, en una película fina de dos dimensiones para complementar la emergente funcionalidad celular química.
Una propuesta de investigación se ha realizado correctamente con la Comisión Europea y un equipo internacional de científicos que se superponen parcialmente con el consorcio PACE comenzó a trabajar en el proyecto 2008-2012 Electronic Chemical Cell.