Friedrich Simmel e Aurore Dupin, pesquisadores da Universidade Técnica de Munique (TUM), criaram pela primeira vez conjuntos de células artificiais que podem se comunicar entre si. As células, separados por membranas gordurosas, trocar pequenas moléculas de sinalização química para desencadear reações mais complexas, como a produção de RNA e outras proteínas.

Cientistas de todo o mundo estão trabalhando na criação de materiais artificiais, sistemas semelhantes a células que imitam o comportamento de organismos vivos. Friedrich Simmel e Aurore Dupin criaram esses conjuntos de células artificiais em um arranjo espacial fixo. O destaque é que as células são capazes de se comunicarem entre si.

"Nosso sistema é um primeiro passo em direção ao tecido, materiais biológicos sintéticos que exibem comportamento espacial e temporal complexo em que células individuais se especializam e se diferenciam, não ao contrário de organismos biológicos, "explica Friedrich Simmel, Professor de Física de Biossistemas Sintéticos (E14) na TU Munich.

Expressão gênica em uma estrutura fixa

Géis ou gotículas de emulsão encapsuladas em membranas finas de gordura ou polímero servem como blocos de construção básicos para as células artificiais. Dentro dessas unidades de 10 a 100 mícrons, as reações químicas e bioquímicas podem ocorrer sem inibições.

A equipe de pesquisa usou gotículas envolvidas por membranas lipídicas e as montou em estruturas multicelulares artificiais chamadas de micro-tecidos. As soluções de reação bioquímica usadas nas gotículas podem produzir RNA e proteínas, dando às células um tipo de capacidade de expressão gênica.

Troca de sinal e diferenciação espacial de células

Mas isso não é tudo:pequenas moléculas de sinal podem ser trocadas entre as células por meio de suas membranas ou canais de proteína embutidos nas membranas. Isso permite que eles se acoplem temporal e espacialmente. Os sistemas tornam-se assim dinâmicos, como na vida real.

Os pulsos químicos, portanto, se propagam através das estruturas celulares e transmitem informações. Os sinais também podem atuar como gatilhos, permitindo que células inicialmente idênticas se desenvolvam de maneira diferente. “Nosso sistema é o primeiro exemplo de sistema multicelular em que células artificiais com expressão gênica têm um arranjo fixo e são acopladas por meio de sinais químicos. Dessa forma, alcançamos uma forma de diferenciação espacial, "diz Simmel.

Modelos, mini fábricas e microssensores

O desenvolvimento desses tipos de sistemas sintéticos é importante, pois permitem que os cientistas investiguem questões fundamentais sobre as origens da vida em um modelo. Organismos complexos só se tornaram possíveis depois que as células começaram a se especializar e a distribuir o trabalho entre as células cooperantes. Como isso aconteceu está entre as questões mais fascinantes da pesquisa básica.

Usando um kit de construção modular de sistemas de células feitos sob medida, os pesquisadores esperam simular várias propriedades de sistemas biológicos no futuro. A ideia é que as células reajam ao seu ambiente e aprendam a agir de forma independente.

As primeiras aplicações já estão no horizonte:a longo prazo, conjuntos de células artificiais podem ser implantados como minifábricas para produzir biomoléculas específicas, ou como minúsculos sensores de micro-robôs que processam informações e se adaptam a seus ambientes.

Células de uma impressora 3-D

Friedrich Simmel e Aurore Dupin ainda montam seus sistemas celulares manualmente usando micromanipuladores. No futuro, Contudo, eles planejam cooperar com a Universidade de Ciências Aplicadas de Munique, por exemplo, para construir sistematicamente sistemas maiores e mais realistas usando a tecnologia de impressão 3-D.