p De criptonita para o Super-homem a toxinas de plantas para a hera venenosa, as reações químicas dentro das células do corpo podem ser transformadoras. E, quando se trata de células transmutadas, Os pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego estão se tornando imitadores de super-heróis. p Recentemente nomeado laureado nacional de Blavatnik em química, Neal Devaraj, junto com os colegas de pesquisa Henrike Niederholtmeyer e Cynthia Chaggan, materiais usados ​​como argila e plástico para fazer células sintéticas - ou "simuladores de células" - capazes de expressão gênica e comunicação rivalizando com as células vivas. De acordo com alguns cientistas, esses resultados de pesquisa, publicado recentemente em Nature Communications , pode estar entre as mais importantes da biologia sintética este ano.

p Mensagem de esperança

p Trabalhar com simuladores de células é um esforço científico promissor por causa das potenciais aplicações presentes nas células artificiais. Por exemplo, depois de mais pesquisas para garantir sua aplicação segura e confiável, células sintéticas, eventualmente, poderiam ser projetadas para reconhecer e se ligar a células cancerosas no corpo de um paciente, permitindo a entrega precisa de medicamentos - sem afetar as células saudáveis ​​- e reduzindo os efeitos colaterais da quimioterapia.

p Adicionalmente, células artificiais podem servir como biossensores para produtos químicos tóxicos no meio ambiente, nos informando, por exemplo, que a água não é segura para beber. Eles poderiam melhorar os testes de diagnóstico com seu tamanho pequeno e biocompatibilidade, o que poderia permitir que um grupo de simuladores de células realizasse vários testes simultaneamente usando apenas uma pequena quantidade de sangue. Simuladores de células interativos podem até mesmo formar tecidos artificiais que se desenvolvem independentemente em minúsculos, estruturas micropadronizadas - como chips de computador que podem se formar por conta própria. Os cientistas também prevêem que o próprio processo de produção de células sintéticas pode levar a uma melhor compreensão das origens e da evolução da vida.

p Mas, há um problema.

p “Se vamos desenvolver materiais sintéticos, precisamos que as unidades individuais cooperem, "observou Devaraj, um professor no Departamento de Química e Bioquímica da UC San Diego.

p Importância da Transferência de Informações

p Até agora, os mimetizadores de células comunicaram-se um pouco por meio da troca de pequenas moléculas; por exemplo, açúcar e peróxido de hidrogênio. Ainda assim, eles não podiam se comunicar por meio de grandes proteínas moleculares, como a insulina ou os fatores de crescimento. Basicamente, é como quando tentamos enviar um anexo de arquivo grande por e-mail apenas para receber uma mensagem de erro. Então, assim como é importante para nós sermos capazes de entregar informações por e-mail com sucesso, também é extremamente importante que as células do corpo se comuniquem por meio de sinais de proteínas.

p Para resolver essa limitação na síntese de células artificiais, Devaraj e sua equipe fizeram chips microfluídicos de um polímero de silicone para empurrar as gotículas de DNA que codificam a proteína fluorescente verde (GFP), minerais de argila e precursores de plástico acrílico. Então, usando luz ultravioleta e produtos químicos, eles desencadearam a formação de uma membrana esponjosa em torno de cada gota, enquanto o DNA dentro de cada gota se condensou em uma substância semelhante a um gel para criar um neo-núcleo. Os pesquisadores também deram aos seus simuladores de células a capacidade de sintetizar proteínas. Sua metodologia permitiu a transferência de informações através da nova membrana. O resultado foi um mimetizador celular capaz de enviar sinais de proteínas às células vizinhas.

p Qualidades de vizinhança de células imitadoras

p De acordo com Niederholtmeyer, essas pseudocélulas falantes, "parecem e se comportam como células naturais, mas são feitas de materiais totalmente artificiais." Outras qualidades semelhantes à vida dos imitadores de células incluem detecção de quorum - mudanças de comportamento entre células densas, distribuição de tarefas e diferenciação celular de acordo com o ambiente local.

p "Ficamos surpresos e entusiasmados com o fato de nossos simuladores de células poderem sentir com tanta precisão sua densidade, o que significa que eles podiam sentir quantos vizinhos eles tinham, mesmo que eles não estivessem em contato próximo com eles, "disse Niederholtmeyer." Isso foi surpreendente porque a rede molecular que levou ao comportamento do quorum sensing em nossos simuladores de células é muito diferente de como o quorum sensing funciona nas células bacterianas.

p Promessa para estudos futuros, Colaboração Científica

p Como super-heróis, as células sintéticas são resilientes, permanecendo intacto por longos períodos de tempo após o congelamento e mesmo à temperatura ambiente. Essa resiliência os torna candidatos ideais para sensores ambientais, uma oportunidade para pesquisas futuras pelos cientistas da UC San Diego. Adicionalmente, a estabilidade e a programabilidade dos simuladores de células os tornam interessantes também para outros cientistas.

p "Eles são fáceis de compartilhar entre grupos de pesquisa e podem ser programados por DNA para expressar qualquer RNA, proteína ou via, "acrescentou Niederholtmeyer.

p De acordo com o bolsista de pós-doutorado, os resultados do estudo de três anos apresentam muitos usos potenciais e maneiras de desenvolver ainda mais esses simuladores de células.

p "Por exemplo, já fomos contatados por outros pesquisadores da UC San Diego que gostariam de tentar usar materiais de nossos simuladores de células em células vivas para combater doenças. Também estamos interessados ​​em desenvolver ainda mais a membrana, por exemplo, para que possa responder a estímulos e torná-lo mais biologicamente ativo. Nossos simuladores de células são muito programáveis, "disse Niederholtmeyer." Outra vantagem importante é que eles são muito estáveis, o que tornará o compartilhamento desses simuladores de células em projetos colaborativos mais fácil. "

p Na UC San Diego, nossos esforços de pesquisa são projetados para mudar o mundo para melhor - por meio de novos medicamentos, tecnologias inovadoras e muito mais que ajudarão a lidar com doenças, segurança global, políticas públicas, mudanças climáticas e muito mais.