Se puede hacer que las protocélulas sintéticas se acerquen y se alejen de las señales químicas, un paso importante para el desarrollo de nuevos sistemas de administración de fármacos que podrían apuntar a lugares específicos del cuerpo. Al recubrir la superficie de las protocélulas con enzimas (proteínas que catalizan reacciones químicas), un equipo de investigadores de Penn State pudo controlar la dirección del movimiento de las protocélulas en un gradiente químico en un dispositivo de microfluidos. Un artículo que describe la investigación aparece el 18 de noviembre, 2019 en la revista Nanotecnología de la naturaleza .

"La visión futurista es que los medicamentos sean entregados por pequeños 'bots' que puedan transportar el medicamento al lugar específico donde se necesita, "dijo Ayusman Sen, el profesor Verne M. Willaman de química en Penn State y el líder del equipo de investigación. "En la actualidad, si toma un antibiótico para una infección en la pierna, se difunde por todo el cuerpo. Entonces, debe tomar una dosis más alta para que llegue suficiente antibiótico a su pierna donde se necesita. Si podemos controlar el movimiento direccional de un sistema de administración de fármacos, no solo reducimos la cantidad de medicamento necesaria, sino que también podemos aumentar su velocidad de administración ".

Una forma de abordar la dirección de control es que el sistema de administración de fármacos reconozca y se mueva hacia señales químicas específicas que emanan del sitio de infección. un fenómeno llamado quimiotaxis. Muchos organismos utilizan la quimiotaxis como estrategia de supervivencia, para encontrar comida o escapar de las toxinas. Trabajos anteriores habían demostrado que las enzimas experimentan un movimiento quimiotáctico porque las reacciones que catalizan producen energía que se puede aprovechar. Sin embargo, la mayor parte de ese trabajo se había centrado en la quimiotaxis positiva, movimiento hacia una sustancia química. Hasta ahora, se había trabajado poco en la quimiotaxis negativa. Quimiotaxis "sintonizable":la capacidad de controlar la dirección del movimiento, hacia y lejos de diferentes señales químicas — nunca se había demostrado.

Los investigadores crean protocélulas de tamaño uniforme, pequeños sacos llamados liposomas que tienen los mismos componentes que forman las células naturales. Luego, pueden unir diferentes enzimas a la superficie exterior de estas protocélulas. Las enzimas que utilizaron para este estudio fueron catalasa, ureasa y ATPasa. Estas enzimas convierten reactivos específicos en productos; la catalasa, por ejemplo, convierte el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno.

"Colocamos los liposomas recubiertos de enzima en un dispositivo de microfluidos que mantiene un gradiente del reactivo de la enzima o de sus productos, "dijo Ambika Somasundar, estudiante de posgrado en Penn State y primer autor del artículo. "Entonces podemos medir el movimiento de los liposomas hacia o alejándose de sustancias químicas específicas".

En sus experimentos, las protocélulas recubiertas de catalasa se movieron hacia su reactivo, mientras que las protocélulas recubiertas de ureasa se alejaron de su reactivo. Las protocélulas recubiertas de ATPasa se mueven hacia y desde el reactivo, dependiendo de la concentración.

"Para administrar medicamentos de manera eficaz, necesita dos cosas:la capacidad de transportar la droga y la capacidad de controlar con precisión el movimiento, ", dijo el Senador." El interior de las protocélulas que usamos se puede llenar con una carga útil y ahora nos estamos acercando a controlar con precisión su movimiento ".

Además de Sen y Somasundar, el equipo de investigación de Penn State incluye a Subhadip Ghosh, Farzad Mohajerani, Lynnicia N. Massenburg, Tinglu Yang, Paul S. Cremer, y Darrell Velegol. La investigación fue financiada por el Centro de Ensamblaje Quimiomecánico de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.