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Os cientistas criam células artificiais que imitam a capacidade das células vivas de capturar, processar e expelir material
Os pesquisadores desenvolveram estruturas semelhantes a células artificiais usando matéria inorgânica que ingerem, processam e expulsam material autonomamente - recriando uma função essencial das células vivas. Seu artigo, publicado na Nature
Por New York University - 09/09/2021


Domínio público

Os pesquisadores desenvolveram estruturas semelhantes a células artificiais usando matéria inorgânica que ingerem, processam e expulsam material autonomamente - recriando uma função essencial das células vivas.

Seu artigo, publicado na Nature , fornece um plano para a criação de "simuladores de células", com aplicações potenciais que vão desde a entrega de drogas à ciência ambiental.

Uma função fundamental das células vivas é sua capacidade de coletar energia do ambiente para bombear moléculas para dentro e para fora de seus sistemas. Quando a energia é usada para mover essas moléculas de áreas de concentração mais baixa para áreas de concentração mais alta, o processo é chamado de transporte ativo. O transporte ativo permite que as células absorvam moléculas necessárias, como glicose ou aminoácidos, armazenem energia e extraiam resíduos.

Durante décadas, os pesquisadores trabalharam para criar células artificiais - estruturas microscópicas projetadas que emulam as características e o comportamento das células biológicas. Mas esses imitadores celulares tendem a não ter a capacidade de realizar processos celulares complexos, como o transporte ativo.

c Quando implantado em misturas de diferentes partículas, os simuladores de células podem realizar tarefas de transporte ativo, capturando, concentrando, armazenando e entregando carga microscópica autonomamente. Essas células artificiais são fabricadas com o mínimo de ingredientes e não tomam emprestado nenhum material da biologia.

Para projetar os simuladores celulares, os pesquisadores criaram uma membrana esférica do tamanho de um glóbulo vermelho usando um polímero, um substituto da membrana celular que controla o que entra e sai de uma célula. Eles perfuraram um orifício microscópico na membrana esférica, criando um nanocanal através do qual a matéria pode ser trocada, imitando o canal de proteína de uma célula.

Mas, para realizar as tarefas necessárias para o transporte ativo, a simulação celular precisava de um mecanismo para alimentar a estrutura semelhante a uma célula para puxar e expelir o material. Em uma célula viva , as mitocôndrias e o ATP fornecem a energia necessária para o transporte ativo. Na simulação celular, os pesquisadores adicionaram um componente quimicamente reativo dentro do nanocanal que, quando ativado pela luz, atua como uma bomba. Quando a luz atinge a bomba, ela desencadeia uma reação química, transformando a bomba em um vácuo minúsculo e puxando a carga para a membrana. Quando a bomba é desligada, a carga é presa e processada dentro da simulação de célula. E quando a reação química é revertida, a carga é empurrada para fora conforme a demanda.
 
"Nosso conceito de design permite que esses simuladores de células artificiais operem de forma autônoma e realizem tarefas de transporte ativo que até agora estavam confinados ao reino das células vivas", disse Stefano Sacanna, professor associado de química da NYU e principal autor do estudo. "No centro do design da estrutura semelhante a uma célula está a sinergia entre um elemento ativo que a alimenta de dentro e as restrições físicas impostas pelas paredes celulares, permitindo-lhes ingerir, processar e expelir corpos estranhos."

Os pesquisadores testaram os simuladores celulares em diferentes ambientes. Em um experimento, eles suspenderam os simuladores celulares em água, ativaram-nos com luz e os observaram ingerindo partículas ou impurezas da água ao seu redor, ilustrando uma aplicação potencial para limpar poluentes microscópicos da água.

"Pense nos imitadores de células como o videogame PAC-MAN - eles andam comendo os poluentes e removendo-os do meio ambiente", disse Sacanna.

Em outro experimento, eles demonstraram que os simuladores celulares podem engolir a bactéria E. coli e prendê-la dentro da membrana, potencialmente oferecendo um novo método para combater bactérias no corpo. Outra aplicação futura para os simuladores de células poderia ser a entrega de drogas, uma vez que eles podem liberar uma substância pré-carregada quando ativados.

Os pesquisadores continuam a desenvolver e estudar imitações de células, incluindo a construção de outras que realizam diferentes tarefas e aprendendo como diferentes tipos se comunicam entre si.

 

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