Un equipo de investigación de la Universidad de Basilea logró sintetizar células completamente normales y sensibles al medio ambiente con orgánulos artificiales. Por primera vez, los investigadores han podido simular la comunicación natural entre células utilizando estas protocélulas, basándose en modelos de fotorreceptores en el ojo. Esto abre nuevas posibilidades para la investigación básica y aplicaciones en medicina.
La vida se trata de comunicación: desde las bacterias hasta los organismos multicelulares, los seres vivos dependen de la capacidad de sus células para enviar, recibir y procesar señales. Por primera vez, un equipo de investigación logró imitar la comunicación celular natural utilizando células sintéticas. Un equipo de investigadores dirigido por la profesora Cornelia Palivan de la Universidad de Basilea y el profesor Ben Ferringa, premio Nobel de la Universidad de Groningen, informó sobre los hallazgos en la revista científica. Materiales avanzados.
Palivan y sus colegas investigaron pequeños contenedores hechos de polímeros que podían cargar con moléculas específicas y abrirlos para alcanzar objetivos. En su proyecto actual, el equipo fue un paso más allá: “Creamos microcontenedores del tamaño de una célula llenos de nanocontenedores especializados”, explica Palivan. Este método permite a los investigadores imitar la célula con sus orgánulos intactos, creando una célula sintética muy simplificada, también conocida como protocélula.
En su publicación, los investigadores describen un sistema de protocélulas hechas de polímeros, biomoléculas y otros nanocomponentes que se modelan a partir de la transmisión de señales en la retina del ojo. Este sistema está compuesto por protocélulas sensibles a la luz (“transmisores”) en un lado y protocélulas receptoras.
luz encendida
Las células transductoras consisten en nanocontenedores (esencialmente orgánulos artificiales) cuyas membranas contienen moléculas especializadas sensibles a la luz conocidas como motores moleculares. Esto permite a los investigadores establecer comunicación entre dos células en movimiento utilizando un pulso de luz: cuando la luz llega a la célula transmisora, las moléculas sensibles a la luz abren los nanocontenedores, liberando su contenido (llamémoslo Sustancia A) dentro de la célula dentro del transmisor.
Luego, la sustancia A puede salir de la célula transmisora a través de los poros de su capa de polímero antes de llegar a la célula receptora a través del fluido que rodea la protocélula. Luego, la sustancia A ingresa a la célula receptora, nuevamente a través del poro, donde encuentra un orgánulo artificial que alberga una enzima. En cambio, esta enzima convierte la sustancia A en una señal fluorescente, y el brillo resultante indica a los investigadores que la transmisión de señales entre el emisor y el receptor ha funcionado.
Los iones de calcio atenúan la señal de fluorescencia
En los fotorreceptores de la retina que sirvieron de modelo, los iones de calcio también desempeñan un papel importante, amortiguando la transmisión de estímulos a las células postsinápticas para que el ojo pueda acostumbrarse a la luz brillante. Del mismo modo, los investigadores han diseñado orgánulos artificiales en células receptoras para que respondan a los iones de calcio y conviertan la sustancia A en una señal de fluorescencia.
Base para tejido sintético.
“Utilizando pulsos de luz externos, logramos activar una cascada de señalización basada en orgánulos y modularla con iones de calcio. Crear un sistema controlable temporal y espacialmente basado en el modelo de comunicación celular natural es una novedad”, dijo Palivan.
El desarrollo de los investigadores sienta las bases para simular artificialmente las redes de comunicación más complejas de las células vivas y, por tanto, para comprenderlas mejor. También existe la posibilidad de crear redes de comunicación entre células sintéticas y naturales y, por tanto, desarrollar una interfaz entre ellas. A largo plazo, esto podría allanar el camino para aplicaciones terapéuticas para tratar enfermedades, por ejemplo, o para cultivar tejidos con células sintéticas.