Como instalar novos recursos nas células sem interferir em seus processos metabólicos? Uma equipe da Universidade Técnica de Munique (TUM) e do Helmholtz Zentrum München alterou células de mamíferos de tal forma que formaram compartimentos artificiais nos quais reações sequestradas poderiam ocorrer, permitindo a detecção de células profundas no tecido e também sua manipulação com campos magnéticos.

Prof. Gil Westmeyer, Professor de Imagem Molecular na TUM e chefe de uma equipe de pesquisa no Helmholtz Zentrum München, e sua equipe conseguiu isso introduzindo nas células humanas a informação genética para a produção de proteínas bacterianas, as chamadas encapsulinas, que se auto-montam em nanoesferas. Este método permitiu aos pesquisadores criar pequenos, espaços autocontidos - compartimentos celulares artificiais - dentro das células dos mamíferos.

Áreas protegidas com novas propriedades

A grande força das pequenas esferas é que elas não são tóxicas para a célula e reações enzimáticas podem ocorrer dentro delas sem perturbar os processos metabólicos da célula. "Uma das vantagens cruciais do sistema é que podemos controlar geneticamente quais proteínas, por exemplo, proteínas fluorescentes ou enzimas, são encapsulados no interior das nanoesferas, "explica Felix Sigmund, o primeiro autor do estudo. "Podemos, assim, separar os processos espacialmente e dar às células novas propriedades."

Mas as nanoesferas também têm uma propriedade natural que é especialmente importante para a equipe de Westmeyer:elas podem absorver átomos de ferro e processá-los de forma que permaneçam dentro das nanoesferas sem interromper os processos da célula. Essa biomineralização do ferro sequestrado torna as partículas e também as células magnéticas. "Tornar as células visíveis e controláveis ​​remotamente, tornando-as magnéticas, é um dos nossos objetivos de pesquisa de longo prazo. Os nanocompartimentos que incorporam ferro estão nos ajudando a dar um grande passo em direção a esse objetivo, "explica Westmeyer.

Magnético e prático

Em particular, isso tornará mais fácil observar as células usando diferentes métodos de imagem:as células magnéticas também podem ser observadas em camadas profundas com métodos que não danificam o tecido, como a imagem por ressonância magnética (MRI). Em colaboração com o Dr. Philipp Erdmann e o Prof. Jürgen Plitzko do Instituto Max Planck de Bioquímica, a equipe também poderia mostrar que as nanoesferas também são visíveis na microscopia crioeletrônica de alta resolução. Esse recurso os torna úteis como repórteres de genes que podem marcar diretamente a identidade da célula ou o status da célula em microscopia eletrônica, semelhantes às proteínas fluorescentes comumente usadas em microscopia de luz. Além disso, há ainda vantagens adicionais:as células magnéticas podem ser guiadas sistematicamente com a ajuda de campos magnéticos, permitindo que eles sejam classificados e separados de outras células.

Uso em terapia celular concebível

Um possível uso futuro dos compartimentos celulares artificiais é, por exemplo, imunoterapias celulares, onde as células do sistema imunológico são geneticamente modificadas de tal forma que podem destruir seletivamente as células cancerosas de um paciente. Com os novos nanocompartimentos dentro das células manipuladas, as células podem, no futuro, ser possivelmente localizadas mais facilmente por meio de métodos de imagem não invasivos. "Usando os nanocompartimentos equipados de forma modular, podemos também ser capazes de dar às células geneticamente modificadas novas vias metabólicas para torná-las mais eficientes e robustas, "explica Westmeyer." Claro, há muitos obstáculos que devem ser superados nos modelos pré-clínicos primeiro, mas a capacidade de controlar geneticamente os vasos de reação modulares em células de mamíferos pode ser muito útil para essas abordagens. "