Crean células artificiales que actúan como las vivas
Investigadores utilizan enfoques innovadores para construir células funcionales y cerrar así la brecha entre los materiales sintéticos y vivos.
Por Carleigh Gabryel
Células sintéticas creadas con tecnología programable péptido-ADN que dirige péptidos —los componentes básicos de las proteínas— y material genético reutilizado para que trabajen juntos y formen un citoesqueleto, mostrado aquí en fuscia.
En un nuevo estudio publicado en la revista Nature Chemistry la investigadora Ronit Freeman, de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill (EE. UU.) y sus colegas describen los pasos que tomaron para manipular el ADN y las proteínas —componentes esenciales de la vida— para crear células que se parecen y actúan como células de nuestro cuerpo.
Este logro, el primero en este campo, tiene implicaciones para los esfuerzos científicos en campos de la medicina de vanguardia como son la medicina regenerativa, los sistemas de administración de medicamentos y las herramientas de diagnóstico.
"Con este descubrimiento, podemos pensar en telas o tejidos diseñados que puedan ser sensibles a los cambios en su entorno y comportarse de manera dinámica— dice Freeman, cuyo laboratorio se halla en el Departamento de Ciencias Físicas Aplicadas de la Facultad de Artes y Ciencias de la UNC.
El citoesqueleto, el andamiaje interno de las células.
Las células y los tejidos están formados por proteínas que se unen para realizar tareas y formar estructuras. Las proteínas son esenciales para formar el citoesqueleto. Este consiste en una red tridimensional de proteínas que se encuentra dentro de las células eucariotas. Funciona como un andamio estructural que proporciona soporte mecánico a la célula, mantiene su forma y facilita su movimiento.
Sin él, las células no podrían funcionar. El citoesqueleto, compuesto por tres tipos principales de filamentos proteicos —microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios—, permite que las células sean flexibles, tanto en forma como en respuesta a su entorno.
Citoesqueleto celular. Crédito: BIOPHYSICS OF THE CYTOSKELETON LAB / Saarland University
Sin utilizar proteínas naturales, el laboratorio Freeman construyó células con citoesqueletos funcionales que pueden cambiar de forma y reaccionar a su entorno. Para ello, utilizaron una nueva tecnología programable de péptidos-ADN que dirige los péptidos —los componentes básicos de las proteínas— y el material genético reutilizado para que trabajen juntos y formen un citoesqueleto.
"El ADN no suele aparecer en un citoesqueleto— comenta Freeman.Y añade—: Reprogramamos secuencias de ADN para que actuaran como material arquitectónico, uniendo los péptidos. Una vez colocado este material programado en una gota de agua, las estructuras tomaron forma".
Células sintéticas estables incluso a 50 ºC.
La capacidad de programar el ADN de esta manera significa que los científicos pueden crear células que cumplan funciones específicas e incluso ajustar la respuesta de una célula a factores estresantes externos. Si bien las células vivas son más complejas que las sintéticas creadas por el laboratorio Freeman, también son más impredecibles y más susceptibles a ambientes hostiles, como las altas temperaturas.
"Las células sintéticas eran estables incluso a 50 ºC, lo que abrió la posibilidad de fabricar células con capacidades extraordinarias en entornos normalmente inadecuados para la vida humana", dice Freeman.
En lugar de crear materiales hechos para durar, Freeman afirma que los suyos están hechos para cumplir una tarea: realizar una función específica y luego modificarse para servir a una nueva función. Su aplicación puede personalizarse añadiendo distintos diseños de péptidos o ADN para programar células en materiales como tejidos o telas.
Estos nuevos materiales pueden integrarse con otras tecnologías de células sintéticas, todo ello con aplicaciones potenciales que podrían revolucionar campos como la biotecnología y la medicina.
"Esta investigación nos ayuda a entender qué hace la vida"—afirma Freeman. Y concluye—: Esta tecnología de células sintéticas no solo nos permitirá reproducir lo que hace la naturaleza, sino también fabricar materiales que superen a la biología".
Información facilitada por la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón Producciones
Fuente: Daly, M.L., Nishi, K., Klawa, S.J. et al. Designer peptide–DNA cytoskeletons regulate the function of synthetic cells. Nature Chemistry (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41557-024-01509-w
