Células artificiales capturan, procesan y desechan material

   MADRID, 9 Sep. (EUROPA PRESS) -

   Estructuras similares a células artificiales, -hechas a partir de materia inorgánica-, ingieren, procesan y expulsan material de forma autónoma, recreando una función esencial de las células vivas.

   La investigación, publicado en Nature, proporciona un plan para crear "imitadores de células", con aplicaciones potenciales que van desde la administración de fármacos hasta la ciencia ambiental.

   Una función fundamental de las células vivas es su capacidad para recolectar energía del medio ambiente para bombear moléculas dentro y fuera de sus sistemas. Cuando se usa energía para mover estas moléculas de áreas de menor concentración a áreas de mayor concentración, el proceso se denomina transporte activo. El transporte activo permite que las células absorban las moléculas necesarias como glucosa o aminoácidos, almacenen energía y extraigan desechos.

   Durante décadas, los investigadores han estado trabajando para crear células artificiales, estructuras microscópicas diseñadas que emulan las características y el comportamiento de las células biológicas. Pero estos imitadores de células tienden a carecer de la capacidad de realizar procesos celulares complejos como el transporte activo.

   En el estudio, investigadores de la Universidad de Nueva York y la Universidad de Chicago describen un nuevo imitador celular totalmente sintético que está un paso más cerca de replicar la función de las células vivas. Cuando se despliegan en mezclas de diferentes partículas, los imitadores de células pueden realizar tareas de transporte activo al capturar, concentrar, almacenar y entregar de forma autónoma carga microscópica. Estas células artificiales se fabrican con ingredientes mínimos y no toman prestados materiales de la biología.

   Para diseñar las imitaciones celulares, los investigadores crearon una membrana esférica del tamaño de un glóbulo rojo utilizando un polímero, un sustituto de la membrana celular que controla lo que entra y sale de una célula. Perforaron un agujero microscópico en la membrana esférica creando un nanocanal a través del cual se puede intercambiar materia, imitando el canal de proteínas de una célula.

   Pero para realizar las tareas requeridas para el transporte activo, los imitadores de células necesitaban un mecanismo para impulsar la estructura similar a una célula para atraer y expulsar material. En una célula viva, las mitocondrias y el ATP proporcionan la energía necesaria para el transporte activo. En la simulación celular, los investigadores agregaron un componente químicamente reactivo dentro del nanocanal que, cuando se activa con la luz, actúa como una bomba. Cuando la luz golpea la bomba, desencadena una reacción química, convirtiendo la bomba en un pequeño vacío y tirando de la carga hacia la membrana. Cuando se apaga la bomba, la carga queda atrapada y procesada dentro del imitador de la celda. Y cuando la reacción química se invierte, la carga se expulsa cuando se solicita.

   "Nuestro concepto de diseño permite que estos imitadores de células artificiales funcionen de forma autónoma y realicen tareas de transporte activo que hasta ahora se han limitado al ámbito de las células vivas", dijo en un comunicado Stefano Sacanna, profesor asociado de química en la Universidad de Nueva York y autor principal del estudio. "En el corazón del diseño de la estructura celular está la sinergia entre un elemento activo que la impulsa desde el interior y las limitaciones físicas impuestas por las paredes celulares, lo que les permite ingerir, procesar y expulsar cuerpos extraños".

   Los investigadores probaron los imitadores de células en diferentes entornos. En un experimento, suspendieron los imitadores celulares en agua, los activaron con luz y los observaron ingiriendo partículas o impurezas del agua que los rodeaba, lo que ilustra una posible aplicación para limpiar contaminantes microscópicos del agua.

   "Piense en los imitadores de células como en el videojuego PAC-MAN: van por ahí comiendo los contaminantes y eliminándolos del medio ambiente", dijo Sacanna.

   En otro experimento, demostraron que los imitadores de células pueden tragar la bacteria E. coli y atraparla dentro de la membrana, ofreciendo potencialmente un nuevo método para combatir las bacterias en el cuerpo. Otra aplicación futura para los imitadores de células podría ser la administración de fármacos, dado que pueden liberar una sustancia precargada cuando se activan.

   Los investigadores continúan desarrollando y estudiando las imitaciones celulares, incluida la construcción de las que realizan diferentes tareas y aprendiendo cómo los diferentes tipos se comunican entre sí.