Un pas més a prop de l’autodivisió de cèl·lules sintètiques

Per primera vegada, els investigadors han integrat maquinària de divisió cel·lular en cèl·lules sintètiques, aplanant el camí cap a sistemes creats per l’home veritablement realistes. L’estudi, publicat a la revista científica Advanced Materials, va ser codirigit per l’investigador principal de l’IBEC, César Rodríguez-Emmenegger.

Read more…

La divisió cel·lular és un segell distintiu de la vida i és essencial per al creixement, reproducció i reparació d’un organisme. És un procés molt complex impulsat per un còctel precís de components. Desentranyar els secrets d’aquest fenomen i replicar-lo podria obrir una gran quantitat de possibles aplicacions biomèdiques. Aquest és un dels objectius finals de la biologia sintètica ascendent, un camp que té com a objectiu dissenyar i crear cèl·lules sintètiques que imitin la natura. Encara passarà temps abans que tinguem cèl·lules sintètiques completament funcionals, però un nou estudi dirigit per investigadors de l’IBEC ens ha acostat un pas més cap a aquest propòsit. L’article, publicat a la revista científica Advanced Materials, descriu la integració de la maquinària de divisió cel·lular en cèl·lules sintètiques, un gran avenç al camp. 

L’estudi va ser codirigit per César Rodríguez-Emmenegger, líder del grup de Materials Interactius Bioinspirats i Sistemes Protocel·lulars de l’IBEC, i professor de recerca ICREA. Altres investigadors de l’IBEC que van contribuir al treball inclouen Marina I. Giannotti i Ricardo A. Zamora, tots dos del grup Nanoprobes and Nanoswitches. L’estudi es va dur a terme en col·laboració amb investigadors de l’Institut DWI-Leibniz de Materials Interactius, l’Institut Max Planck de Bioquímica i el Centre de Recerca Biomèdica en Xarxa – Bioenginyeria, Biomaterials i Nanomedicina (CIBER-BBN). 

Replicant la divisió cel·lular 

Als bacteris, l’autoreplicació es duu a terme gràcies a un sistema proteic molt complex anomenat divisoma. Crea un anell al voltant de la meitat de la cel·la, que després es contrau i talla la cel·la en dues. Els investigadors han intentat imitar aquest procés en una varietat de sistemes, però només han tingut èxit quan el sistema es va construir a partir de lípids, els components naturals que formen les membranes cel·lulars. Ara, per primer cop, aquest estudi ha aconseguit inserir amb èxit el divisoma en un material completament sintètic. 

Durant milions d’anys, l’evolució ha creat membranes cel·lulars que compleixen els requisits per a la vida, per la qual cosa els investigadors van estudiar acuradament aquestes propietats per replicar-les a les cèl·lules sintètiques. Van assemblar molècules anomenades dendrímers de Janus en una membrana sintètica i la van ajustar delicadament fins que les seves propietats biofísiques fossin compatibles amb els processos cel·lulars naturals. Una d’aquestes propietats va ser l’amplada, ja que les proteïnes del divisoma no s’uniran si la membrana no té el gruix adequat. Una altra és la càrrega, pel fet que l’equilibri d’atracció i de repulsió entre les proteïnes i la membrana és crucial. Finalment, la membrana necessita ser altament mòbil, flexible i estable, perquè pugui suportar les forces que hi exerceixen les proteïnes. 

Quan van calibrar les propietats, van introduir el complex proteic divisoma per veure si seria compatible amb la seva membrana sintètica. “El que observem va ser que, encara que les nostres molècules són completament diferents dels lípids, vam poder reproduir amb extrema precisió el comportament del divisoma i, per descomptat, això és un pas més a prop d’aconseguir l’autoreplicació en una cèl·lula sintètica”, diu César Rodríguez -Emenegger. 

Aquest estudi ha demostrat que es poden dissenyar entitats sintètiques per fer ús dels mecanismes proporcionats per la natura. La integració de la maquinària de divisió cel·lular és només el primer pas. Els investigadors confien que això es podria convertir en una eina poderosa amb moltes aplicacions potencials. “Vam poder inserir la maquinària responsable de la divisió cel·lular ajustant la nostra membrana sintètica. De la mateixa manera, en el futur hauríem de poder incorporar qualsevol maquinària cel·lular activa amb els ajustaments adequats”, apunta Anna Wagner, investigadora doctoral del grup de Materials Interactius Bioinspirats i Sistemes Protocel·lulars i primera autora de l’estudi. 

Una nova via per millorar la medicina 

Les cèl·lules sintètiques podrien obrir una gran quantitat de possibilitats en biomedicina, ja que es poden ajustar per realitzar funcions que no poden realitzar les cèl·lules normals. Per exemple, una cèl·lula sintètica podria dissenyar-se per imitar un macròfag, un tipus de glòbul blanc que engoleix patògens, i ajustar-se per actuar específicament sobre cèl·lules canceroses, virus o bacteris, especialment aquelles que són resistents als medicaments disponibles actualment. Les cèl·lules sintètiques tindrien l’avantatge de no tenir les necessitats biològiques de les cèl·lules vives i no presentarien els mateixos perills que certs fàrmacs. 

“El que m’emociona més d’aquesta feina no és el que hem aconseguit, sinó la perspectiva per al futur. Hem demostrat que som capaços de copiar el model de la natura, i no hi ha millor enginyer que la natura”, conclou Rodríguez-Emmenegger. 

Article de referència: Anna M. Wagner, Hiromune Eto, Anton Joseph, Shunshi Kohyama, Tamás Haraszti, Ricardo A. Zamora, Mariia Vorobii, Marina I. Giannotti, Petra Schwille, Cesar Rodriguez-Emmenegger. Dendrimersome synthetic cells harbor cell division machinery of bacteriaAdvanced Materials (2022).  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202202364