研究人員設(shè)計(jì)出的這一系統(tǒng)，是由“蝕刻”在一張生物芯片上的多個(gè)隔室所組成。這些隔室即人造細(xì)胞，每個(gè)只有百萬(wàn)分之一米的深度，通過(guò)一些毛細(xì)管相互連接，構(gòu)建出了一個(gè)可讓生物物質(zhì)擴(kuò)散至整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。

在每個(gè)隔室內(nèi)，研究人員插入了一個(gè)細(xì)胞基因組——這些DNA鏈?zhǔn)怯煽茖W(xué)家們自己設(shè)計(jì)并進(jìn)行控制。為了將基因翻譯為蛋白質(zhì)，科學(xué)家們放棄了對(duì)大腸桿菌的控制：以大腸桿菌細(xì)胞抽提物填充隔室，這些抽提物中包含有全部的細(xì)菌蛋白質(zhì)翻譯機(jī)器，除去了細(xì)菌的DNA密碼。這樣科學(xué)家們就能夠坐而觀察出現(xiàn)的蛋白質(zhì)合成動(dòng)態(tài)。

通過(guò)將兩個(gè)調(diào)控基因編碼成序列，科學(xué)家們建立了自發(fā)地從“on”切換到“off”周期，周期性的蛋白質(zhì)合成速率。每個(gè)時(shí)期的持續(xù)時(shí)間由隔室的幾何所決定。由于合成蛋白質(zhì)可通過(guò)毛細(xì)管從隔室擴(kuò)散出去，模擬了活細(xì)胞中天然蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換行為，由此這一系統(tǒng)中就出現(xiàn)了細(xì)胞周期事件的原始形式——這樣的周期性行為。同時(shí)研究人員不斷地補(bǔ)充新鮮的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，它們散布到隔室中，使得蛋白質(zhì)合成反應(yīng)能夠一直持續(xù)下去。

研究人員們隨后調(diào)查了這些人造細(xì)胞能否像真實(shí)的細(xì)胞一樣彼此通訊和互作。他們發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散通過(guò)數(shù)組互聯(lián)隔室的合成蛋白質(zhì)，確實(shí)能夠調(diào)控沿著這一網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離的隔室中的基因并生成新的蛋白質(zhì)。事實(shí)上，這一系統(tǒng)與形態(tài)發(fā)生的初期階段相似。形態(tài)發(fā)生是在胚胎發(fā)育過(guò)程中支配身體圖式形成的生物過(guò)程。