Pesquisadores da Universidade de Basel desenvolveram um sistema precisamente controlável para simular cascatas de reações bioquímicas nas células. Usando tecnologia microfluídica, eles produzem recipientes de reação poliméricos em miniatura equipados com as propriedades desejadas. Esta 'célula em um chip' é útil não apenas para estudar processos em células, mas também para o desenvolvimento de novas vias sintéticas para aplicações químicas ou para substâncias ativas biológicas na medicina.

A fim de sobreviver, crescer e dividir, as células dependem de uma infinidade de enzimas diferentes que catalisam muitas reações sucessivas. Dada a complexidade dos processos nas células vivas, é impossível determinar quando enzimas específicas estão presentes em quais concentrações e quais são suas proporções ótimas em relação umas às outras. Em vez de, pesquisadores usam menor, sistemas sintéticos como modelos para estudar esses processos. Esses sistemas sintéticos simulam a subdivisão de células vivas em compartimentos separados.

Grande semelhança com células naturais

Agora, a equipe liderada pelos professores Cornelia Palivan e Wolfgang Meier, do Departamento de Química da Universidade de Basel, desenvolveu uma nova estratégia para a produção desses sistemas sintéticos. Escrevendo no jornal Materiais avançados , os pesquisadores descrevem como eles criam vários recipientes de reação sintéticos em miniatura, conhecido como vesículas, que - tomados como um todo - servem como modelos de uma célula.

"Ao contrário do passado, isso não é baseado na automontagem de vesículas, "explica Wolfgang Meier." Em vez disso, desenvolvemos tecnologia microfluídica eficiente para produzir vesículas carregadas de enzimas de maneira controlada. "O novo método permite que os pesquisadores ajustem o tamanho e a composição das diferentes vesículas para que várias reações bioquímicas possam ocorrer dentro delas sem influenciar uma outro - como nos diferentes compartimentos de uma célula.

A fim de fabricar as vesículas desejadas, o cientista alimenta os vários componentes em minúsculos canais em um chip de vidro de silício. Neste chip, todos os microcanais se unem em uma junção. Se as condições estiverem configuradas corretamente, este arranjo produz uma emulsão aquosa de gotículas de polímero de tamanho uniforme que são formadas no ponto de intersecção.

Controle preciso

A membrana polimérica das vesículas atua como uma camada externa e envolve uma solução aquosa. Durante a produção, as vesículas são preenchidas com diferentes combinações de enzimas. Como explica a primeira autora Dra. Elena C. dos Santos, esta técnica oferece algumas vantagens importantes:"O método recentemente desenvolvido nos permite produzir vesículas feitas sob medida e ajustar com precisão a combinação desejada de enzimas em seu interior."

As proteínas incorporadas à membrana atuam como poros e permitem o transporte seletivo de compostos para dentro e para fora das vesículas poliméricas. Os tamanhos dos poros são projetados para permitir a passagem apenas de moléculas ou íons específicos, permitindo assim o estudo separado de processos celulares que ocorrem lado a lado na natureza.

“Pudemos mostrar que o novo sistema oferece uma excelente base para estudar os processos de reação enzimática, "explica Cornelia Palivan." Esses processos podem ser otimizados para impulsionar a produção de um produto final desejado. O que mais, a tecnologia nos permite examinar mecanismos específicos que desempenham um papel nas doenças metabólicas ou que afetam a reação de certos medicamentos no corpo. "

O trabalho foi apoiado pelo Swiss Nanoscience Institute da University of Basel, a Fundação Nacional Suíça para a Ciência e o Centro Nacional de Competência em Pesquisa "MSE - Engenharia de Sistemas Moleculares".