En un nuevo estudio publicado en Química de la naturaleza, Ronit Freeman, investigadora de la UNC-Chapel Hill, y sus colegas describen los pasos que tomaron para manipular el ADN y las proteínas, componentes esenciales de la vida, para crear células que se ven y actúan como células del cuerpo. Este logro, el primero en este campo, tiene implicaciones para los esfuerzos en medicina regenerativa, sistemas de administración de medicamentos y herramientas de diagnóstico.
«Con este descubrimiento, podemos pensar en ingeniería de tejidos o tejidos que puedan ser sensibles a los cambios en su entorno y comportarse de manera dinámica», dice Freeman, cuyo laboratorio está en el Departamento de Ciencias Físicas Aplicadas de la Facultad de Artes y Ciencias de la UNC.
Las células y los tejidos están formados por proteínas que se unen para realizar tareas y formar estructuras. Las proteínas son esenciales para formar la estructura de una célula, llamada citoesqueleto. Sin él, las células no podrían funcionar. El citoesqueleto permite que las células sean flexibles, tanto en forma como en respuesta a su entorno.
Sin utilizar proteínas naturales, el Freeman Lab construyó células con citoesqueletos funcionales que pueden cambiar de forma y reaccionar a su entorno. Para hacer esto, utilizaron una nueva tecnología de péptido-ADN programable que dirige los péptidos, los componentes básicos de las proteínas y el material genético reutilizado para que trabajen juntos para formar un citoesqueleto.
«El ADN normalmente no aparece en el citoesqueleto», dice Freeman. «Reprogramamos secuencias de ADN para que actuara como un material arquitectónico, uniendo los péptidos. Una vez que este material programado se colocó en una gota de agua, las estructuras tomaron forma».
La capacidad de programar el ADN de esta manera significa que los científicos pueden crear células que cumplan funciones específicas e incluso ajustar la respuesta de una célula a factores estresantes externos. Si bien las células vivas son más complejas que las sintéticas creadas por el laboratorio Freeman, también son más impredecibles y más susceptibles a ambientes hostiles, como temperaturas severas.
«Las células sintéticas eran estables incluso a 122 grados Fahrenheit, abriendo la posibilidad de fabricar células con capacidades extraordinarias en entornos normalmente inadecuados para la vida humana», dice Freeman.
En lugar de crear materiales hechos para durar, Freeman dice que sus materiales están hechos para cumplir una tarea: realizan una función específica y luego se modifican para cumplir una nueva función. Su aplicación se puede personalizar añadiendo diferentes diseños de péptidos o ADN para programar células en materiales como telas o tejidos. Estos nuevos materiales pueden integrarse con otras tecnologías de células sintéticas, todas con aplicaciones potenciales que podrían revolucionar campos como la biotecnología y la medicina.
«Esta investigación nos ayuda a comprender qué constituye la vida», dice Freeman. «Esta tecnología de células sintéticas no sólo nos permitirá reproducir lo que hace la naturaleza, sino también fabricar materiales que superen la biología».