CIENCIA. Los científicos, más cerca de producir células sintéticas que interactúen con la materia viva

células sintéticas

 

Aguja láser en una célula.

El estudio describe la integración de la maquinaria de división celular en células sintéticas, un gran avance en el campo.

22 octubre 2022.- Durante décadas, los investigadores han estado fascinados por el proceso de división celular, un proceso muy complejo impulsado por un cóctel preciso de componentes. Para comprender mejor este fenómeno, los investigadores han estado tratando de crear células sintéticas que imiten a la naturaleza.

La integración de maquinaria celular activa con bloques de construcción sintéticos es el puente hacia el desarrollo de células sintéticas con funciones biológicas y más allá. La autorreplicación es una de las tareas más importantes de los sistemas vivos, y existen varias maquinarias complejas para ejecutarla.

Si bien pasará algún tiempo antes de que tengamos células sintéticas completamente funcionales, un estudio dirigido por investigadores del DWI-Leibniz Institute for Interactive Materials ha acercado un paso más este objetivo. El estudio describe la integración de la maquinaria de división celular en células sintéticas, un gran avance en el campo.

La investigación en DWI fue dirigida por el exlíder del grupo de trabajo César Rodríguez-Emmenegger, quien ahora es profesor en IBEC Barcelona.

Crear células sintéticas que imiten funciones y comportamientos biológicos es uno de los mayores desafíos en el campo de los materiales interactivos bioinspirados. Para crear células sintéticas, los investigadores replicaron membranas celulares que pueden interactuar con la maquinaria de división celular activa (divisoma) sin perder su funcionalidad.

Un divisoma es un sistema proteico altamente complejo que es responsable de la división celular en las bacterias. Crea un anillo alrededor de la mitad de la célula bacteriana, que luego se contrae y corta la célula bacteriana en dos.

Divisome funciona al interactuar con la membrana celular sintética con la misma fuerza y ​​dinámica que con las membranas naturales , un desafío que no se había logrado antes.

Las proteínas del divisoma no se unirán si la membrana no tiene el grosor adecuado. Otro es la carga, ya que el equilibrio de atracción y repulsión entre las proteínas y la membrana es crucial. Finalmente, la membrana necesita ser altamente móvil, flexible y estable para que pueda soportar las fuerzas que las proteínas ejercen sobre ella.

Para superar estas barreras, los investigadores diseñaron nuevos bloques de construcción macromoleculares y los programaron para ensamblarse en la membrana e interactuar con el divisoma de una manera predeterminada. Este enfoque permitió al equipo de investigación reproducir con precisión el comportamiento del divisoma en células sintéticas.

Anteriormente, los investigadores intentaron imitar este proceso en una variedad de sistemas, pero solo tuvieron éxito cuando el sistema se construyó a partir de lípidos, los componentes naturales que forman las membranas celulares.

Junto con el Prof. Herrmann, Vicedirector Científico de DWI, el equipo del Prof. Rodríguez-Emmenegger también mostró el desarrollo de polímeros de peine unidos iónicamente que se autoensamblan en agua en vesículas con un grosor de membrana biomimética. Llamaron a estos combisomas iónicos (i-combisomes).

Luego crearon híbridos bacteria-combisome al capturar células bacterianas vivas e integrar su periferia celular en la membrana sintética, un hito nunca antes alcanzado.

El alto grado de semejanza en los i-combisomes, la capacidad de ajuste de la composición química y biológica de la membrana y la capacidad de fusionarse con la materia viva pueden conducir potencialmente a células sintéticas con funciones mejoradas.

¿Una nueva vía para mejorar la medicina?

Las células sintéticas se pueden programar para realizar funciones que las células normales no pueden realizar, lo que abre una gran cantidad de posibilidades en biomedicina. 

Por ejemplo, una célula sintética podría diseñarse para imitar una célula inmunitaria y ajustarse para actuar específicamente sobre las células cancerosas. Esto podría conducir a una mayor eficacia terapéutica y un menor riesgo de efectos secundarios tóxicos de los medicamentos. 

Se podría usar una célula artificial para detectar cambios en el cuerpo y responder liberando compuestos necesarios para un cuerpo sano, como la insulina.

El estudio fue publicado en la revista Advanced Materials .

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