Los biólogos celulares de Johns Hopkins informan lo que creen que es la primera creación de pequeños grupos de gelatina a base de proteínas llamados hidrogeles dentro de las células vivas. La capacidad de crear hidrogeles bajo demanda, ellos dicen, Debería avanzar en la larga lucha científica para estudiar las esquivas estructuras —que se forman en la naturaleza cuando las proteínas u otras moléculas se agregan bajo ciertas condiciones— y para descubrir sus presuntas contribuciones a las enfermedades humanas.

"La parte emocionante de este trabajo no es solo que hicimos hidrogeles, pero que ahora estamos equipados con esta poderosa técnica que nos permite hacer preguntas fundamentales (y muy desafiantes) sobre ellos, "dice Takanari Inoue, Doctor., profesor asociado de biología celular en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins y autor principal del informe sobre la investigación publicado en línea el 6 de noviembre en la revista Materiales de la naturaleza .

Un hidrogel es cualquier material de gel sólido que se mantiene unido debido a las conexiones estrechas entre sus moléculas, pero que también absorbe mucha agua. Los hidrogeles artificiales se utilizan en productos cotidianos como lentes de contacto, pañales y geles para el cabello desechables, que explotan su naturaleza amante del agua.

En células vivas, la mayoría de las estructuras flotantes están rodeadas por membranas que las ayudan a conservar su forma en el citoplasma acuoso de las células. Pero cuando las células sufren estrés, desde el calor hasta el hambre o la infección, las proteínas y las moléculas de ácido ribonucleico (ARN) pueden agruparse en gránulos de estrés, que están libres de membranas circundantes y a menudo forman pequeñas gotas similares a un gel para el cabello suspendido en una tina de agua.

Algunos investigadores han planteado la hipótesis de que la acumulación de estos hidrogeles naturales puede estar relacionada con enfermedades neurodegenerativas, incluida la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), y que demasiados o muy pocos gránulos de estrés podrían afectar la capacidad de funcionamiento de las células. Pero encontrar pruebas ha sido difícil, en parte porque otros tipos de hidrogeles dentro de las células pueden ser partes normales de la fisiología celular.

"Estos hidrogeles carecen de membranas, por eso es difícil aislarlos y purificarlos, "dice Inoue." Son tan frágiles que no podemos simplemente recolectarlos como lo hacemos con los núcleos o las mitocondrias, ", agrega. Peor aún, él dice, cuando su entorno cambia, los gránulos de tensión pasan de ser hidrogeles a un tipo diferente de estructura, llamadas gotas de líquido, de la misma manera que el gel para el cabello podría disolverse en agua si lo calienta. Científicos de todo el mundo han intentado inyectar hidrogeles químicos en células vivas para estudiarlas. pero generalmente las células se enferman, probablemente debido a la toxicidad de los productos químicos.

En un intento por superar tales barreras para estudiar, El equipo de Inoue diseñó un sistema al que llamaron iPOLYMER, compuesto por dos proteínas de unión, FKBP y FRB, y un fármaco y químico inmunosupresor llamado rapamicina. Los investigadores ya sabían que la rapamicina podría usarse para mediar las interacciones entre FKBP y FRB.

Estudios anteriores habían demostrado que sin la rapamicina presente, FKBP y FRB existen como proteínas separadas, pero una vez que se agrega rapamicina, se une a ambos, uniendo las proteínas en un complejo firme. Diseñar las proteínas para que formaran la estructura física adecuada para los hidrogeles requirió mucho ensayo y error, dice Inoue.

Para crear iPOLYMER en células vivas, los investigadores diseñaron células para contener dos tipos de cadenas de proteínas compuestas de FKBP y FRB en tándem, y luego añadió rapamicina, que generalmente no se encuentra en las células vivas. Al observar estas células bajo un microscopio mientras agregaban rapamicina, El equipo de Inoue pudo ver la formación de hidrogeles.

"Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que alguien ha hecho un hidrogel en una célula viva de esta manera, "dice Inoue.

Los científicos ahora están modificando el sistema iPOLYMER para que los hidrogeles integren moléculas de ARN en sus estructuras, haciéndolos mejores imitaciones de los gránulos de estrés que se ven en las células humanas. A los científicos también les gustaría crear un sistema en el que las proteínas, FKBP y FRB, formar gotas de líquido para que puedan comparar los efectos de la gota de líquido y las formas de hidrogel de las estructuras de las proteínas.