Crean células artificiales con capacidad de capturar, procesar y expulsar material igual que células vivas

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Estas estructuras son capaces de emular procesos complejos como el llamado ‘transporte activo’ sin ningún componente biológico.

La célula es el componente básico de todos los seres vivos.

Sobre estos ‘ladrillos’ que conforman cada vida recaen complejos procesos que van desde absorber los nutrientes de los alimentos y convertirlos en energía hasta custodiar el material genético del organismo en cuestión y replicarlo.

Los científicos llevan décadas intentar emularlas, y ahora investigadores de las universidades de Nueva York y Chicago han conseguido dar un nuevo paso: crear células artificiales que ingieren, procesan y expulsan material de forma autónoma, recreando una función esencial y compleja de las células vivas.

Una función fundamental de las células vivas es su capacidad para extraer energía del medio ambiente para bombear moléculas dentro y fuera de sus sistemas.

Por ejemplo, cuando el oxígeno entra en ellas y lo expulsan en forma de dióxido de carbono.

Sin embargo, algunas de estas moléculas necesitan un aporte ‘extra’ de energía para conseguir entrar o salir de la célula, una suerte de ‘compuerta química’ que les facilite el proceso, como en el caso de la glucosa o los aminoácidos.

Este proceso celular se denomina ‘transporte activo’.

Durante décadas, los investigadores han estado trabajando para crear células artificiales, si bien imitar mecanismos como el del transporte activo siempre ha sido un escollo.

Este nuevo estudio describe un nuevo ‘imitador celular’ totalmente sintético que está un paso más cerca de replicar esta compleja función de las células vivas.

Así, «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», escriben los autores.

Estas células artificiales se fabrican con pocos y sencillos ‘ingredientes’, además de que son totalmente inorgánicos; es decir, no necesitan ningún material biológico.

Para diseñar las imitaciones celulares, los investigadores crearon una membrana esférica de tamaño micróscópico, igual que el 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 por donde naturalmente se da el intercambio.

Pero para realizar las tareas requeridas para el transporte activo, los imitadores de células necesitaban un mecanismo para atraer y expulsar material.

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Como una especie de ‘puerta secreta’ que se debe accionar para poner en marcha.

En una célula viva, las mitocondrias y el ATP proporcionan la energía necesaria para el transporte activo, el ’empuje’ necesario para que se mueva la ‘puerta’.

Para esta célula artificial, 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.

«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», explica Stefano Sacanna, profesor asociado de química en NYU y autor principal del estudio.

«En el corazón del diseño de la estructura similar a una celda 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: se alimentan de los contaminantes y los eliminan del medio ambiente», apunta Sacanna.

En otro experimento, los investigadores demostraron que los imitadores de células pueden tragar la bacteria E. coli y atraparla dentro de la membrana, lo que supone un nuevo y potencial método para combatir las bacterias en el cuerpo.

Otra aplicación podría ser la administración de fármacos, dado que pueden liberar una sustancia precargada cuando se activan.

El siguiente paso será seguir desarrollando posibles imitaciones celulares de otros procesos, e incluso que puedan llevar a cabo diferentes tareas y comunicarse con otras células artificiales.

Fuente: Nature