Pela primeira vez, uma equipe interdisciplinar da Universidade de Basel conseguiu integrar organelas artificiais nas células de embriões de peixe-zebra vivos. Esta abordagem inovadora usando organelas artificiais como implantes celulares oferece um novo potencial no tratamento de uma série de doenças, como os autores relatam em um artigo publicado em Nature Communications .

Nas células de organismos superiores, organelas, como o núcleo ou as mitocôndrias, desempenham uma série de funções complexas necessárias à vida. Nas redes do Swiss Nanoscience Institute e do NCCR "Molecular Systems Engineering", o grupo liderado pela professora Cornelia Palivan, do Departamento de Química da Universidade de Basel, está trabalhando para produzir organelas desse tipo em laboratório, para introduzi-los nas células, e para controlar sua atividade em resposta à presença de fatores externos (por exemplo, mudança nos valores de pH ou condições redutivas).

Esses implantes celulares poderiam, por exemplo, carregam enzimas capazes de converter um ingrediente farmacêutico na substância ativa e liberá-lo "sob demanda" sob condições específicas. A administração de medicamentos dessa forma pode reduzir consideravelmente as quantidades usadas e os efeitos colaterais. Isso permitiria que o tratamento fosse administrado apenas quando necessário por mudanças associadas a condições patológicas (por exemplo, um tumor).

Cápsulas minúsculas com uma carga enzimática

As organelas artificiais são baseadas em cápsulas minúsculas que se formam espontaneamente em solução de polímeros e podem envolver várias macromoléculas, como enzimas. As organelas artificiais aqui apresentadas continham uma enzima peroxidase que só começa a agir quando moléculas específicas penetram na parede das cápsulas e suportam a reação enzimática.

Para controlar a passagem de substâncias, os pesquisadores incorporaram proteínas de membrana naturais quimicamente modificadas na parede das cápsulas. Estes atuam como portas que se abrem de acordo com a concentração de glutationa na célula.

Com um valor baixo de glutationa, os poros das proteínas da membrana são "fechados" - isto é, nenhuma substância pode passar. Se a concentração de glutationa subir acima de um certo limite, a porta da proteína se abre e substâncias de fora podem passar pelo poro para a cavidade da cápsula. Lá, eles são convertidos pela enzima interna e o produto da reação pode deixar a cápsula pela porta aberta.

Também é eficaz em organismos vivos

Em colaboração com o grupo liderado pelo Professor Jörg Huwyler do Departamento de Ciências Farmacêuticas da Universidade de Basel, as organelas artificiais também foram estudadas in vivo. "Agora fomos capazes de integrar essas organelas artificiais controláveis ​​nas células de um organismo vivo pela primeira vez, "diz Cornelia Palivan.

Os pesquisadores escolheram embriões de peixe-zebra porque seus corpos transparentes permitem excelente rastreamento dos implantes celulares sob um microscópio quando eles são marcados com um corante fluorescente.

Depois que as organelas artificiais foram injetadas, eles foram "comidos" por macrófagos e, portanto, fizeram seu caminho para o organismo. Os pesquisadores foram então capazes de mostrar que a enzima peroxidase presa dentro da organela artificial foi ativada quando o peróxido de hidrogênio produzido pelos macrófagos entrou pelos portões de proteína.

"Neste estudo, mostramos que as organelas artificiais, que são inspirados pela natureza, continuar a funcionar como pretendido no organismo vivo, e que o portão de proteína que incorporamos não funciona apenas em culturas de células, mas também in vivo, "comenta Toma Einfalt, o primeiro autor do artigo e graduado pela PhD School do Swiss Nanoscience Institute. A ideia de usar organelas artificiais como implantes celulares com potencial para produzir compostos farmacêuticos ativos, por exemplo, abre novas perspectivas para a terapia de proteína orientada para o paciente.