¿Cómo instalar nuevas capacidades en las células sin interferir con sus procesos metabólicos? Un equipo de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) y el Helmholtz Zentrum München han alterado células de mamíferos de tal manera que formaron compartimentos artificiales en los que podrían tener lugar reacciones secuestradas. permitiendo la detección de células profundas en el tejido y también su manipulación con campos magnéticos.

Prof. Gil Westmeyer, Profesor de Imagen Molecular en TUM y jefe de un equipo de investigación en el Helmholtz Zentrum München, y su equipo logró esto al introducir en las células humanas la información genética para producir proteínas bacterianas, las llamadas encapsulinas, que se autoensamblan en nanoesferas. Este método permitió a los investigadores crear pequeños espacios autónomos —compartimentos celulares artificiales— dentro de las células de los mamíferos.

Áreas protegidas con nuevas propiedades

La gran fortaleza de las pequeñas esferas es que no son tóxicas para la célula y pueden tener lugar reacciones enzimáticas en su interior sin perturbar los procesos metabólicos de la célula. "Una de las ventajas cruciales del sistema es que podemos controlar genéticamente qué proteínas, por ejemplo, proteínas o enzimas fluorescentes, están encapsulados en el interior de las nanoesferas, "explica Felix Sigmund, el primer autor del estudio. "De este modo, podemos separar espacialmente los procesos y otorgar a las células nuevas propiedades".

Pero las nanoesferas también tienen una propiedad natural que es especialmente importante para el equipo de Westmeyer:pueden tomar átomos de hierro y procesarlos de tal manera que permanezcan dentro de las nanoesferas sin interrumpir los procesos de la célula. Esta biomineralización de hierro secuestrado hace que las partículas y también las células sean magnéticas. "Hacer que las células sean visibles y controlables de forma remota haciéndolas magnéticas es uno de nuestros objetivos de investigación a largo plazo. Los nanocompartimentos que incorporan hierro nos están ayudando a dar un gran paso hacia este objetivo, "explica Westmeyer.

Magnético y práctico

En particular, esto facilitará la observación de las células utilizando diferentes métodos de obtención de imágenes:las células magnéticas también se pueden observar en capas profundas con métodos que no dañan el tejido, como la resonancia magnética (MRI). En colaboración con el Dr. Philipp Erdmann y el Prof. Jürgen Plitzko del Instituto Max Planck de Bioquímica, El equipo también pudo demostrar que las nanoesferas también son visibles en microscopía crioelectrónica de alta resolución. Esta característica los hace útiles como reporteros genéticos que pueden marcar directamente la identidad celular o el estado celular en microscopía electrónica. similar a las proteínas fluorescentes comúnmente utilizadas en microscopía óptica. Es más, incluso hay ventajas adicionales:las células que son magnéticas se pueden guiar sistemáticamente con la ayuda de campos magnéticos, lo que les permite ser ordenados y separados de otras celdas.

Uso en terapia celular concebible

Un posible uso futuro de los compartimentos celulares artificiales es, por ejemplo, inmunoterapias celulares, donde las células inmunes se modifican genéticamente de tal manera que pueden destruir selectivamente las células cancerosas de un paciente. Con los nuevos nanocompartimentos dentro de las células manipuladas, en el futuro, las células podrían localizarse más fácilmente mediante métodos de obtención de imágenes no invasivos. "Utilizando los nanocompartimentos equipados modularmente, También podríamos darles a las células modificadas genéticamente nuevas vías metabólicas para hacerlas más eficientes y robustas. "explica Westmeyer." Por supuesto, hay muchos obstáculos que primero deben superarse en los modelos preclínicos, pero la capacidad de controlar genéticamente los vasos de reacción modulares en células de mamíferos podría ser muy útil para estos enfoques ".