Pesquisadores da TU/e desenvolveram uma maneira de fazer um citoesqueleto para células artificiais. A nova pesquisa foi publicada na Nature Chemistry.
Assim como o seu corpo tem um esqueleto, cada célula do seu corpo tem um esqueleto – um citoesqueleto, para ser mais preciso. Isso fornece às células resiliência mecânica, além de auxiliar na divisão celular. Para compreender como funcionam as células reais, por exemplo, para investigação de medicamentos e doenças, os investigadores criam células artificiais em laboratório. No entanto, muitas células artificiais até o momento não podem ser usadas para estudar como as células respondem às forças, pois não possuem um citoesqueleto. Os pesquisadores da TU/e projetaram uma rede baseada em polímero para células artificiais que imita um citoesqueleto real, tornando possível estudar com maior precisão em células artificiais como as células respondem às forças.
Atualmente, células artificiais estão sendo criadas para entender como funcionam as células vivas. Isto pode parecer desconcertante à primeira vista, mas há uma lógica na abordagem.
“Isso não é apenas interessante de um ponto de vista fundamental, mas também pode ser muito útil quando se trata de triagem de medicamentos mais eficaz, design de melhores tecnologias de distribuição de medicamentos e regeneração de tecidos”, diz Jan van Hest, professor titular da o Departamento de Engenharia Química e Química e o Departamento de Engenharia Biomédica.
“As células artificiais podem ser usadas para estudar processos biológicos nas células sem a necessidade de células vivas, e isso também pode ser feito de forma controlada. Isso é benéfico se você quiser estudar que tipo de moléculas afetam certos processos nas células.”
Até agora, os cientistas concentraram-se principalmente na inclusão das principais funções das células em células artificiais. “Em outras palavras, os pesquisadores criaram células artificiais que podem se comunicar entre si e com o ambiente ao seu redor, além de se moverem como células reais”, observa Van Hest.
“Mas, até o momento, a maioria das células artificiais não pode ser usada para estudar como as forças afetam as células porque elas não possuem um citoesqueleto”.
Por que artificial em vez de real?
O corpo humano contém um grande esqueleto, composto por cerca de 206 ossos. Ele executa uma série de tarefas no corpo, desde suporte estrutural até armazenamento de minerais essenciais.
Ao contrário do esqueleto humano, porém, o citoesqueleto nas células não contém ossos. Em vez disso, é composto de microtúbulos (longos tubos poliméricos da proteína tubulina) e microfilamentos feitos da proteína actina.
“Os blocos de construção podem ser diferentes, mas o citoesqueleto faz muitas das coisas que o esqueleto humano faz, apenas numa escala muito menor”, diz Van Hest.
Numerosos estudos estão disponíveis sobre as propriedades mecânicas e a resposta do esqueleto humano, mas o mesmo não pode ser dito dos estudos sobre citoesqueletos em células artificiais.
“As pessoas estudam células artificiais para obter uma melhor compreensão do funcionamento biológico das células vivas. Mas se não houver citoesqueleto nas células artificiais, é mais difícil fazer comparações concretas sobre como as células reais respondem às forças”, acrescenta Van Hest.
Artificial se torna mais real
Assim, trabalhando com colegas do Instituto Max Planck em Erlangen, Alemanha, Van Hest e a sua equipa da TU/e incluíram agora um citoesqueleto numa célula artificial que lhe confere propriedades mecânicas semelhantes às das células vivas de mamíferos.
A equipe fabrica o citoesqueleto artificial usando um polímero à base de polidiacetileno (PDA). “O PDA é um excelente material para fazer um citoesqueleto artificial. Ele captura os principais aspectos de um citoesqueleto natural, agrupa-se para formar estruturas fibrosas que são aproximadamente do mesmo tamanho dos filamentos de um citoesqueleto natural e pode deformar-se quando sujeito a forças externas”, diz Van Hest.
Testes mecânicos
O pesquisador PhD Sebastian Novosedlik (autor principal do artigo Nature Chemistry) realizou a maior parte do trabalho e projetou o citoesqueleto. No entanto, para testar as propriedades mecânicas do citoesqueleto artificial de forma confiável, Van Hest e a equipe da TU/e procuraram ajuda em lugares mais distantes.
“Jochen Guck e Felix Reichel, na Alemanha, forneceram uma forma de testar as propriedades mecânicas de células artificiais individuais em tempo real”, diz Van Hest.
Os pesquisadores usaram uma técnica conhecida como citometria de deformabilidade em tempo real (RT-DC) para estudar como as células artificiais com e sem citoesqueleto se deformavam à medida que eram empurradas por um canal estreito.
“Quando incluímos um citoesqueleto feito de PDA nas células, notamos que a deformação das células diminuiu. Em outras palavras, elas ficaram mais rígidas. Além disso, sua rigidez compressiva – medida pelo módulo de Young – mostrou-se semelhante certas células humanas”, diz Van Hest.
Quando se trata do futuro, as células artificiais com citoesqueletos serão muito importantes, como explica Van Hest. “A inclusão de um citoesqueleto em células artificiais nos permite levar em conta os sinais químicos e mecânicos quando as células artificiais interagem com as vivas em estudos futuros, como aqueles em que se deseja modular as células do sistema imunológico”.
Estudo comovente
O próximo passo para Van Hest e os investigadores é explorar as propriedades funcionais e mecânicas combinadas do seu sistema quando as células interagem com outras células, o que pode ser significativo para novas pesquisas utilizando células artificiais nos casos em que as células vivas são integrais.
A título pessoal, esta pesquisa também é impactante em termos de colaboração e conexão pessoal com Van Hest. “Este projeto foi uma colaboração com a empresa SyMO-Chem, e especialmente com Henk Janssen, que é o co-autor correspondente do artigo. Henk era um querido amigo meu e faleceu recentemente. O conhecimento excepcional de Henk em química orgânica sintética e suas habilidades de orientação estimulante contribuíram enormemente para o sucesso desta investigação. Tenho boas lembranças das discussões animadas que Sebastian, Henk e eu tivemos ao longo da pesquisa de doutorado de Sebastian.”
Jan van Hest e sua equipe dedicam este artigo à memória de Henk Janssen.
Detalhes do papel
Os detalhes completos deste artigo são: Sebastian Novosedlik e outros.“Células sintéticas funcionalizadas por citoesqueleto com características mecânicas semelhantes à vida e dinamicidade de membrana regulada”, Nature Chemistry, (2025).
Você também pode ler mais sobre esta pesquisa na tese de doutorado de Sebastian Novosedlik que defendeu sua tese de doutorado no Departamento de Engenharia Química e Química em 23 de outubro de 2024.
