Células sintéticas criadas com tecnologia programável de peptídeo-DNA que direciona peptídeos, os blocos de construção das proteínas, e material genético reaproveitado para trabalharem juntos para formar um citoesqueleto, mostrado em fúscia. Crédito: UNC-Chapel Hill
Os pesquisadores empregam métodos de ponta para criar células funcionais, fechando a divisão entre materiais sintéticos e biológicos.
Em um novo estudo publicado em Química da Naturezaa pesquisadora da UNC-Chapel Hill, Ronit Freeman, e seus colegas descrevem as etapas que tomaram para manipular ADN e proteínas – blocos de construção essenciais da vida – para criar células que se parecem e agem como células do corpo. Esta conquista, inédita na área, tem implicações para os esforços em medicina regenerativa, sistemas de administração de medicamentos e ferramentas de diagnóstico.
“Com esta descoberta, podemos pensar em tecidos de engenharia ou tecidos que possam ser sensíveis às mudanças no seu ambiente e comportar-se de forma dinâmica”, diz Freeman, cujo laboratório está no Departamento de Ciências Físicas Aplicadas da Faculdade de Artes e Ciências da UNC.
Células e tecidos são feitos de proteínas que se unem para realizar tarefas e formar estruturas. As proteínas são essenciais para formar a estrutura de uma célula, chamada citoesqueleto. Sem ele, as células não seriam capazes de funcionar. O citoesqueleto permite que as células sejam flexíveis, tanto na forma quanto em resposta ao ambiente.
Sem usar proteínas naturais, o Laboratório Freeman construiu células com citoesqueletos funcionais que podem mudar de forma e reagir ao ambiente. Para fazer isso, eles usaram uma nova tecnologia programável de peptídeo-DNA que direciona peptídeos, os blocos de construção das proteínas, e material genético reaproveitado para trabalharem juntos para formar um citoesqueleto.
Programação inovadora de DNA
“O DNA normalmente não aparece no citoesqueleto”, diz Freeman. “Reprogramamos sequências de DNA para que ele atue como um material arquitetônico, unindo os peptídeos. Depois que esse material programado foi colocado em uma gota d’água, as estruturas tomaram forma.”
A capacidade de programar o DNA desta forma significa que os cientistas podem criar células para desempenhar funções específicas e até mesmo ajustar a resposta de uma célula a factores de stress externos. Embora as células vivas sejam mais complexas do que as sintéticas criadas pelo Laboratório Freeman, elas também são mais imprevisíveis e mais suscetíveis a ambientes hostis, como temperaturas extremas.
“As células sintéticas eram estáveis mesmo a 122 graus Fahrenheitabrindo a possibilidade de fabricar células com capacidades extraordinárias em ambientes normalmente inadequados à vida humana”, diz Freeman.
Em vez de criar materiais feitos para durar, Freeman diz que seus materiais são feitos sob medida – desempenham uma função específica e depois se modificam para servir uma nova função. Sua aplicação pode ser personalizada adicionando diferentes designs de peptídeos ou DNA para programar células em materiais como tecidos ou tecidos. Estes novos materiais podem integrar-se com outras tecnologias de células sintéticas, todas com aplicações potenciais que poderão revolucionar campos como a biotecnologia e a medicina.
“Esta pesquisa nos ajuda a entender o que constitui a vida”, diz Freeman. “Esta tecnologia de células sintéticas não só nos permitirá reproduzir o que a natureza faz, mas também produzir materiais que ultrapassam a biologia.”
Referência: “Os citoesqueletos de peptídeo-DNA desenhados regulam a função das células sintéticas” por Margaret L. Daly, Kengo Nishi, Stephen J. Klawa, Kameryn Y. Hinton, Yuan Gao e Ronit Freeman, 23 de abril de 2024, Química da Natureza.
DOI: 10.1038/s41557-024-01509-w
