Um sistema artificial usando um hidrogel com DNA pode receber um sinal químico e liberar a proteína apropriada, de acordo com pesquisadores da Penn State. A estimulação adicional pelo sinal químico continua a desencadear uma resposta.

Um hidrogel é uma rede de cadeias poliméricas que atraem água e pode ser usada para simular tecido biológico.

Muitos sistemas nas células e no corpo humano são configurados com uma via de sinal e resposta. Um dos mais conhecidos é o da glicose, um pequeno açúcar que desencadeia a liberação de insulina.

Só fizemos isso recentemente em uma placa de Petri, "disse Yong Wang, professor de engenharia biomédica. "Fizemos testes usando células musculares lisas, mas é claro que gostaríamos de fazer isso em um animal vivo. "

Os pesquisadores relatam na edição de novembro da Ciência Química , "Com design racional, este sistema de hidrogel biomimético constituiria uma plataforma geral de controle da saída de proteínas de sinalização para aplicações potenciais versáteis, como entrega de drogas, regulação celular, sensoriamento molecular e medicina regenerativa. "

O hidrogel, feito de polietilenoglicol, é infundido com dois tipos diferentes de DNA. Um é um aptâmero - uma fita curta de DNA que se liga à substância química que os pesquisadores desejam liberar na célula. No caso da glicose e da insulina, o aptâmero se ligaria à insulina, a "droga" que os pesquisadores desejam liberar. O outro tipo é uma molécula helicoidal de fita dupla de DNA escolhida para reagir com o sinal do metabólito - glicose - e iniciar a liberação química.

Quando a molécula de sinalização atinge uma fita dupla de DNA, o DNA se separa em duas fitas. Uma fita se liga à molécula e a outra se move em direção ao aptâmero e o força a liberar a proteína ligada a ela. A proteína pode então se mover através das células para seu local de ligação normal e realizar suas ações normais.

"Este não foi um processo simples de criar, "disse Wang." Um estudante de pós-graduação trabalhou nisso por três anos antes de desistir. No total, levou de quatro a cinco anos para chegar até aqui. "Os pesquisadores usaram a adenosina como produto químico de sinalização e fator de crescimento derivado das plaquetas como a proteína de sinalização a ser liberada. O sistema pode repetir a sequência, liberando proteínas de sinalização até que não haja mais para liberar.

"Ainda não sabemos como repor facilmente as proteínas, "disse Wang.

Os pesquisadores testaram o sistema de hidrogel adenosina-PDGF-BB e descobriram que, sem um sinal químico, a quantidade de proteína sinalizadora liberada pelo hidrogel era muito pequena. Quando o sinal químico - adenosina - foi aplicado, o hidrogel liberou cerca de 28 por cento da proteína de sinalização alvo - PDGF-BB. Outros produtos químicos semelhantes à adenosina, como a guanosina e a uridina, não causaram a liberação de PDGF-BB do hidrogel.

"Eventualmente, gostaríamos de usar este sistema para a entrega controlada de medicamentos e outras ações biológicas, "disse Wang.