Desde kriptonita para Superman hasta plantar toxinas para la hiedra venenosa, Las reacciones químicas dentro de las células del cuerpo pueden ser transformadoras. Y, cuando se trata de transmutar células, Los investigadores de UC San Diego se están convirtiendo en imitadores parecidos a los superhéroes.

Recientemente nombrado Laureado Nacional Blavatnik en Química, Neal Devaraj, junto con sus colegas de investigación Henrike Niederholtmeyer y Cynthia Chaggan, utilizaron materiales como arcilla y plástico para fabricar células sintéticas, o "imitadores de células", capaces de expresión y comunicación de genes que rivalizan con las de las células vivas. Según algunos científicos, estos resultados de la investigación, publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza , podría estar entre los más importantes en biología sintética de este año.

Mensaje de esperanza

Trabajar con imitadores de células es un esfuerzo científico esperanzador debido a las posibles aplicaciones que presentan las células artificiales. Por ejemplo, después de más investigaciones para garantizar su aplicación segura y confiable, Las células sintéticas eventualmente podrían diseñarse para reconocer y adherirse a las células cancerosas en el cuerpo de un paciente, permitiendo la administración precisa de medicamentos, sin afectar las células sanas, y reduciendo los efectos secundarios de la quimioterapia.

Adicionalmente, las células artificiales podrían servir como biosensores de sustancias químicas tóxicas en el medio ambiente, Haciéndonos saber, por ejemplo, esa agua no es segura para beber. Podrían mejorar las pruebas de diagnóstico con su pequeño tamaño y biocompatibilidad, lo que podría permitir a un grupo de imitadores de células realizar varias pruebas simultáneamente utilizando solo una pequeña cantidad de sangre. Los imitadores de células interactivos podrían incluso formar tejidos artificiales que se desarrollan de forma independiente en pequeños, Estructuras con micropatrones, algo así como chips de computadora que podrían formarse por sí mismos. Los científicos también anticipan que el mismo proceso de fabricación de células sintéticas podría conducir a una mejor comprensión de los orígenes y la evolución de la vida.

Pero, hay una trampa.

"Si vamos a desarrollar materiales sintéticos, necesitamos que las unidades individuales cooperen, "señaló Devaraj, profesor del Departamento de Química y Bioquímica de UC San Diego.

Importancia de la transferencia de información

Hasta ahora, los imitadores de células se han comunicado de alguna manera mediante el intercambio de pequeñas moléculas; por ejemplo azúcar y peróxido de hidrógeno. Sin embargo, no podían comunicarse entre sí a través de proteínas moleculares grandes como la insulina o los factores de crecimiento. De manera básica es como cuando intentamos enviar un archivo adjunto de gran tamaño por correo electrónico solo para recibir un mensaje de error. Entonces, al igual que es importante para nosotros poder enviar información por correo electrónico con éxito, También es extremadamente importante que las células del cuerpo se comuniquen a través de señales de proteínas.

Para abordar esta limitación en la síntesis de células artificiales, Devaraj y su equipo hicieron chips de microfluidos a partir de un polímero de silicona para expulsar las gotas de ADN que codifican la proteína verde fluorescente (GFP), minerales de arcilla y precursores de plástico acrílico. Luego, utilizando luz ultravioleta y productos químicos, desencadenaron la formación de una membrana esponjosa alrededor de cada gota, mientras que el ADN dentro de cada gota se condensó en una sustancia similar a un gel para crear un neonúcleo. Los investigadores también dieron a sus imitadores de células la capacidad de sintetizar proteínas. Su metodología permitió la transferencia de información a través de la nueva membrana. El resultado fue un imitador celular capaz de enviar señales de proteínas a las células vecinas.

Cualidades vecinas de las células imitadoras

Según Niederholtmeyer, estas pseudo-células habladoras, "se ven y se comportan como células naturales pero están hechas de materiales completamente artificiales". Otras cualidades similares a la vida de los imitadores de células incluyen la detección de quórum:cambios de comportamiento entre células densas, distribución de tareas y diferenciación celular según el entorno local.

"Nos sorprendió y emocionó que nuestros imitadores de células pudieran sentir su densidad con tanta precisión, lo que significa que podían sentir cuántos vecinos tenían, a pesar de que no estaban en estrecho contacto con ellos, ", dijo Niederholtmeyer." Eso fue sorprendente porque la red molecular que condujo al comportamiento de detección de quórum en nuestros imitadores de células es muy diferente de cómo funciona la detección de quórum en las células bacterianas ".

Promesa para estudios futuros, Colaboración científica

Como superhéroes las células sintéticas son resistentes, permanecen intactos durante largos períodos de tiempo después de haber sido congelados e incluso a temperatura ambiente. Esta resistencia los convierte en candidatos ideales para sensores ambientales, una oportunidad para futuras investigaciones de los científicos de UC San Diego. Adicionalmente, la estabilidad y la capacidad de programación de los imitadores celulares también los hace interesantes para otros científicos.

"Son fáciles de compartir entre grupos de investigación y pueden ser programados por ADN para expresar cualquier ARN, proteína o vía, "añadió Niederholtmeyer.

Según el investigador postdoctoral, Los resultados del estudio de tres años presentan muchos usos potenciales y formas de desarrollar aún más estos imitadores de células.

"Por ejemplo, ya hemos sido contactados por otros investigadores de UC San Diego que quisieran intentar usar materiales de nuestras células imitadoras en células vivas para combatir enfermedades. También estamos interesados ​​en seguir desarrollando la membrana, por ejemplo, para que pueda responder a los estímulos y hacerlo más biológicamente activo. Nuestros imitadores de células son muy programables, ", dijo Niederholtmeyer." Otra ventaja importante es que son tan estables, lo que facilitará compartir estos imitadores de células en proyectos colaborativos ".

En UC San Diego, Nuestros esfuerzos de investigación están diseñados para cambiar el mundo para mejor, a través de nuevos medicamentos, tecnologías innovadoras y más que ayudarán a abordar las enfermedades, seguridad global, política pública, cambio climático y más.