Um dos desafios da farmacologia moderna é a especificidade. Apesar dos efeitos terapêuticos, os medicamentos freqüentemente podem ter efeitos colaterais. A base biológica para isso tem a ver com as proteínas e receptores aos quais a droga se direciona e se liga. Muitos receptores alvo estão conectados a mais de uma via bioquímica ou, mais comumente, a droga não é específica o suficiente para se ligar exclusivamente a um determinado receptor.

Uma solução é desenvolver receptores-alvo artificiais que são ativados apenas por ligantes não encontrados em qualquer parte da célula. A ideia é que quando "instalado" em uma célula, esses pares de receptor-ligante artificiais irão ativar apenas uma via bioquímica - às vezes uma completamente nova - sem interferir nas outras funções da célula.

O campo tem se concentrado principalmente em receptores de células, e especialmente aqueles localizados na membrana celular. Esses receptores têm enorme potencial biomédico e farmacológico, à medida que traduzem sinais extracelulares em funções intracelulares específicas. Mas porque muitas vezes se ligam a várias proteínas intracelulares com interações que não são muito bem compreendidas atualmente, provou ser difícil projetar receptores sintéticos com novas funções de sinalização.

Agora, cientistas do laboratório de Patrick Barth na EPFL, o Instituto Ludwig de Pesquisa do Câncer Lausanne e o Baylor College of Medicine nos Estados Unidos desenvolveram um método computacional poderoso para modelar e projetar pares sintéticos receptor-ligante ortogonais que se ligam e transmitem sinais bioquímicos na célula com alta seletividade.

O método integra vários aspectos da biologia computacional sintética (por exemplo, modelagem de homologia de proteína de membrana, ligante e acoplamento de proteína) com técnicas que podem projetar o acoplamento de proteína transmissora-receptor de membrana, mesmo se não houver informações sobre a estrutura dos vários componentes ou suas interações.

Os cientistas testaram seu método no receptor de dopamina D2, que está fortemente envolvido em várias funções do sistema nervoso central, como sentir, comportamento, e movimento. Além disso, o receptor D2 também está conectado a doenças como Parkinson e Alzheimer, o que significa que os receptores de dopamina sintéticos com propriedades de sinalização ajustadas seriam ferramentas poderosas para estudar melhor as vias de sinalização bioquímica e até mesmo desenvolver terapias genéticas contra doenças neurodegenerativas no futuro.

O receptor sintético e seu ligante se ligam com alta eficiência, e provou ser capaz de acionar as funções pretendidas na célula sem interferir com as outras, atividades naturais.

Finalmente, o receptor projetado exibia motivos distintos em sua sequência de aminoácidos, que expande o "alfabeto" para o reconhecimento de receptores e seus ligantes.

"Esta abordagem de design pode ser usada para reprogramar funções celulares em aplicações de engenharia de células, "diz Patrick Barth." Por exemplo, pode-se imaginar projetar biossensores sintéticos que redirecionem sinais inibitórios imunológicos de microambientes tumorais para funções celulares proliferativas e ativadoras. O aproveitamento de células imunes projetadas - como células T receptoras de antígenos quiméricos - com esses biossensores provavelmente melhorará suas funções antitumorais e levará ao controle do câncer. "