Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge, da Universidade Cornell e da Universidade de Stanford, afirmam que seu dispositivo pode imitar qualquer tipo de célula - bacteriana, humana ou até a dura parede celular das plantas. Recentemente, suas pesquisas foram voltadas para como o COVID-19 ataca as membranas celulares humanas e, mais importante, como ele pode ser bloqueado.

Os dispositivos foram formados em chips, preservando a orientação e a funcionalidade da membrana celular e foram usados ​​com sucesso para monitorar a atividade dos canais iônicos, uma classe de proteína nas células humanas que é alvo de mais de 60% dos produtos farmacêuticos aprovados. Os resultados são publicados em dois artigos recentes em Langmuir e ACS Nano .

As membranas celulares desempenham um papel central na sinalização biológica, controlando tudo, do alívio da dor à infecção por um vírus, atuando como o guardião da porta entre uma célula e o mundo exterior. A equipe decidiu criar um sensor que preserva todos os aspectos críticos de uma membrana celular - estrutura, fluidez e controle sobre o movimento de íons - sem as etapas demoradas necessárias para manter uma célula viva.

O dispositivo usa um chip eletrônico para medir quaisquer alterações em uma membrana subjacente extraída de uma célula, permitindo que os cientistas entendam com segurança e facilidade como a célula interage com o mundo exterior.

O dispositivo integra membranas celulares com eletrodos e transistores poliméricos condutores. Para gerar as membranas no chip, a equipe da Cornell primeiro otimizou um processo para produzir membranas a partir de células vivas e, em seguida, trabalhando com a equipe de Cambridge, persuadiu-as a eletrodos poliméricos de maneira a preservar toda a sua funcionalidade. Os polímeros condutores hidratados fornecem um ambiente mais 'natural' para as membranas celulares e permitem um monitoramento robusto da função da membrana.

A equipe de Stanford otimizou os eletrodos poliméricos para monitorar as alterações nas membranas. O dispositivo não depende mais de células vivas que geralmente são tecnicamente desafiadoras para se manterem vivas e requerem atenção significativa, e as medições podem durar por um período prolongado.

"Como as membranas são produzidas a partir de células humanas, é como fazer uma biópsia da superfície dessa célula - temos todo o material que estaria presente, incluindo proteínas e lipídios, mas nenhum dos desafios do uso de células vivas", disse Susan Daniel, professor associado de engenharia química e biomolecular em Cornell e autor sênior do artigo da ACS Langmuir .

"Esse tipo de triagem geralmente é feito pela indústria farmacêutica com células vivas, mas nosso dispositivo oferece uma alternativa mais fácil", disse o Dr. Róisín Owens, do Departamento de Engenharia Química e Biotecnologia de Cambridge, e autor sênior do artigo ACS Nano . "Esse método é compatível com a triagem de alto rendimento e reduziria o número de falsos positivos que o fazem entrar no pipeline de P&D".

"O dispositivo pode ser tão pequeno quanto o tamanho de uma célula humana e facilmente fabricado em matrizes, o que nos permite realizar várias medições ao mesmo tempo", disse a Dra. Anna-Maria Pappa, também de Cambridge e primeira autora conjunta em ambos os artigos. .

Até o momento, o objetivo da pesquisa, apoiado pelo financiamento da Agência de Projetos de Pesquisa de Defesa dos Estados Unidos (DARPA), tem sido demonstrar como vírus como o influenza interagem com as células. Agora, a DARPA forneceu fundos adicionais para testar a eficácia do dispositivo na triagem de possíveis candidatos a medicamentos para o COVID-19 de maneira segura e eficaz.

Dados os riscos significativos envolvidos para os pesquisadores que trabalham com o SARS-CoV-2, o vírus que causa o COVID-19, os cientistas do projeto se concentrarão em criar membranas de vírus e fundir as que estão com os chips. As membranas virais são idênticas à membrana SARS-CoV-2, mas não contêm o ácido nucleico viral. Dessa maneira, novos medicamentos ou anticorpos para neutralizar os picos de vírus usados ​​para obter entrada na célula hospedeira podem ser identificados. Espera-se que este trabalho comece em 1º de agosto.

“Com este dispositivo, não estamos expostos a ambientes de trabalho arriscados para combater o SARS-CoV-2. O dispositivo acelerará a triagem dos candidatos a medicamentos e fornecerá respostas para perguntas sobre como esse vírus funciona ”, disse Han-Yuan Liu, pesquisador da Cornell e primeiro autor conjunto dos dois artigos.

O trabalho futuro se concentrará em ampliar a produção dos dispositivos em Stanford e automatizar a integração das membranas com os chips, aproveitando a experiência em fluidos de Stanford PI Juan Santiago, que se juntará à equipe em agosto.

“Este projeto mesclou idéias e conceitos de laboratórios no Reino Unido, Califórnia e Nova York e mostrou um dispositivo que funciona de forma reproduzível nos três locais. É um ótimo exemplo do poder de integrar a biologia e a ciência dos materiais ao lidar com problemas globais ”, disse Alberto Salleo, professor de PI da Stanford.