p As protocélulas sintéticas podem ser feitas para se mover para perto e para longe dos sinais químicos, um passo importante para o desenvolvimento de novos sistemas de entrega de drogas que podem ter como alvo locais específicos no corpo. Ao revestir a superfície das protocélulas com enzimas - proteínas que catalisam reações químicas - uma equipe de pesquisadores da Penn State foi capaz de controlar a direção do movimento da protocélula em um gradiente químico em um dispositivo microfluídico. Um artigo descrevendo a pesquisa aparece em 18 de novembro, 2019 no jornal Nature Nanotechnology . p "A visão futurística é que as drogas sejam entregues por minúsculos 'bots' que podem transportar a droga para o local específico onde ela é necessária, "disse Ayusman Sen, o Professor de Química Verne M. Willaman da Penn State e o líder da equipe de pesquisa. "Atualmente, se você tomar um antibiótico para uma infecção na perna, ele se difunde por todo o corpo. Então, você tem que tomar uma dose mais alta para levar o antibiótico em quantidade suficiente para sua perna, onde é necessário. Se pudermos controlar o movimento direcional de um sistema de entrega de drogas, não apenas reduzimos a quantidade do medicamento necessária, mas também podemos aumentar sua velocidade de entrega. "

p Uma maneira de abordar a direção de controle é o sistema de distribuição de drogas reconhecer e se mover em direção a sinais químicos específicos que emanam do local da infecção, um fenômeno denominado quimiotaxia. Muitos organismos usam a quimiotaxia como estratégia de sobrevivência, para encontrar comida ou escapar de toxinas. Trabalhos anteriores mostraram que as enzimas sofrem movimento quimiotático porque as reações que elas catalisam produzem energia que pode ser aproveitada. Contudo, a maior parte desse trabalho teve como foco a quimiotaxia positiva, movimento em direção a um produto químico. Até agora, pouco trabalho havia sido feito para analisar a quimiotaxia negativa. Quimiotaxia "ajustável" - a capacidade de controlar a direção do movimento, aproximando-se e afastando-se de diferentes sinais químicos - nunca havia sido demonstrado.

p Os pesquisadores fazem protocélulas de tamanhos uniformes, pequenos sacos chamados lipossomas que têm os mesmos componentes que constituem as células naturais. Eles podem, então, anexar diferentes enzimas à superfície externa dessas protocélulas. As enzimas que eles usaram para este estudo foram a catalase, urease, e ATPase. Essas enzimas convertem reagentes específicos em produtos; a catalase, por exemplo, converte o peróxido de hidrogênio em água e oxigênio.

p "Colocamos os lipossomas revestidos com enzima em um dispositivo microfluídico que mantém um gradiente do reagente da enzima ou de seus produtos, "disse Ambika Somasundar, um estudante de graduação na Penn State e o primeiro autor do artigo. "Podemos então medir o movimento dos lipossomas em direção ou para longe de produtos químicos específicos."

p Em seus experimentos, protocélulas revestidas com catalase movidas em direção ao seu reagente, enquanto as protocélulas revestidas com urease se afastaram de seu reagente. As protocélulas revestidas com ATPase se moveram em direção e para longe do reagente, dependendo da concentração.

p "Para entregar medicamentos de forma eficaz, você precisa de duas coisas:a capacidade de transportar a droga e de controlar precisamente o movimento, "disse o Sen." O interior das protocélulas que usamos pode ser preenchido com uma carga útil e agora estamos nos aproximando de controlar precisamente seu movimento. "

p Além de Sen e Somasundar, a equipe de pesquisa da Penn State inclui Subhadip Ghosh, Farzad Mohajerani, Lynnicia N. Massenburg, Tinglu Yang, Paul S. Cremer, e Darrell Velegol. A pesquisa foi financiada pelo Center for Chemomechanical Assembly da U.S. National Science Foundation.