Cientistas da Universidade de Nova York, em parceria com pesquisadores da Universidade de Chicago, desenvolveram estruturas semelhantes a células artificiais produzidas com matéria inorgânica que ingerem, processam e expulsam material de forma autônoma – recriando uma função essencial das células vivas.

Publicado na Nature, o estudo apresenta um plano para a criação de “simuladores de células”, com aplicações potenciais que vão desde a entrega de drogas à ciência ambiental.

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Captura de tela de microscopia mostrando células artificiais que simulam a ingestão, retenção e expulsão de partículas estranhas. 
Imagem: Sacanna Lab, NYU

Uma função fundamental das células vivas é a 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.

Células artificiais vêm sendo trabalhadas há décadas

Segundo o site Phys, durante décadas, muitos pesquisadores trabalharam para criar células artificiais – estruturas microscópicas projetadas que emulam as características e o comportamento das células biológicas. No entanto, esses imitadores celulares tendem a não ter a capacidade de realizar processos celulares complexos, como o transporte ativo.

Já no estudo de agora, um novo simulador de células totalmente sintético está um passo mais perto de replicar a função de células vivas. Quando implantado em misturas de diferentes partículas, esses simuladores de células podem realizar tarefas de transporte ativo, capturando, concentrando, armazenando e entregando carga microscópica de maneira autônoma. Essas células artificiais são fabricadas com o mínimo de ingredientes e não fazem uso de nenhum material biológico.

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Como os cientistas fizeram os simuladores celulares

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, assim, um nanocanal através do qual a matéria pode ser trocada, exatamente como um canal de proteína de uma célula.

Captura de tela de microscopia mostrando células artificiais que simulam a ingestão, retenção e expulsão de partículas estranhas.  Imagem: Sacanna Lab, NYU

Entretanto, 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 trifosfato de adenosina (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.

Células artificiais foram testadas em diversas situações

De acordo com o artigo que relata o estudo, os pesquisadores testaram os simuladores celulares em diferentes ambientes. 

Em um experimento, eles suspenderam os simuladores celulares em água, ativando-os 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 Stefano Sacanna, professor associado de química da NYU e principal autor do estudo.

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.

A equipe afirma que continuará 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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