NeoFronteras

Consiguen disposiciones celulares artificiales organizadas espacialmente en las que las células se comunican unas con otras con señales químicas.

Desde hace un tiempo se viene investigando en la biología sintética, en la posibilidad de crear o ensamblar células a partir de elementos más simples. La idea es entender mejor cómo funciona la vida y también se abre la posibilidad de usar estos microbios como factorías de sustancias útiles para el ser humano.

Un paso interesante en este sentido lo han dado Friedrich Simmel y Aurore Dupin, ambos de la Universidad Técnica de Munich. Han conseguido que células sintéticas se comuniquen entre sí a través de sus membranas lipídicas con moléculas que disparan reacciones complejas, como la producción de ARN y proteínas. Las formaciones celulares que han conseguido se obtienen de modo manual ensamblando en arreglos geométricos esférulas sintéticas.

Durante miles de millones de años sobre la Tierra sólo había microorganismos de distinto tipo. A partir de la aparición de la célula eucariota, la historia de la vida pudo ver cómo grupos de células se organizaban entre sí para formar seres pluricelulares, algo que se estima sucedió en bastantes ocasiones desde entonces. Pero para que esto suceda es necesario que se dé una comunicación entre las distintas células.

«Nuestro sistema es el primer paso hacia la obtención de algo parecido a un tejido, materiales biológicos sintéticos que exhiban complejidad espacial y comportamiento temporal en los que células individuales se especializan y diferencian, pero no de un modo muy distinto a como lo hacen los organismos biológicos», dice Simmel.

Como bloques elementales que simulen células, estos investigadores, como otros, usan geles o emulsiones encapsuladas en membranas de lípidos (grasas) o polímeros. Dentro estos receptáculos de 10 a 100 micras de diámetro se dan reacciones bioquímicas complejas. Estas reacciones pueden producir ARN y proteínas, es decir proporcionan cierta capacidad de expresión genética.

Luego, estas esférulas que simulan células son ensambladas en distintos arreglos para formare una estructura «multicelular» que simule un tejido vivo. De momento estos investigadores tiene que ensamblar estas células manualmente por micromanipulación, pero esperan cooperar con la Universidad de Munich de Ciencias Aplicadas para construir este tipo de sistemas con un tamaño mayor y más similares a los biológicos usando tecnología de impresión 3D.

Lo más interesante es que se da un intercambio de moléculas de comunicación entre las células a través de los canales proteicos que hay en las membranas de una manera similar a como sucede en las células naturales. Esto permite que se acoplen espacial y temporalmente del mismo que las células de los tejidos naturales.

Los impulsos químicos se propagan por las células naturales y transmiten información que a veces opera como señal que dispara cierto tipo de comportamientos, lo que permite que células iguales se diferencien durante del desarrollo del organismo.

Este caso artificial recientemente desarrollado sería el primer ejemplo de sistema pluricelular en el que «células» artificiales con expresión genética se arreglan espacialmente para construir formaciones a través señalización química, por lo que se alcanza cierto grado de diferenciación espacial.

Este tipo de estudios permite a los investigadores estudiar cuestiones fundamentales acerca del origen de la vida compleja a través de este tipo de modelos sintéticos. Los organismos complejos sólo aparecieron cuando sistemas multicelualres pudieron diferenciarse en distintos tipos de tejidos y esto sólo se pudo dar a través de la distribución del trabajo y habiendo un alto grado de cooperación entre las distintas células.

Esperan emplear en el futuro sistemas de este tipo para simular varias propiedades de los sistemas biológicos, como la capacidad de reaccionar al ambiente y que aprendan a actuar de modo independiente.

En cuanto a las aplicaciones prácticas a largo plazo, que son las que en un principio justifican la financiación de este tipo de estudios de cara a las autoridades, se puede mencionar la construcción de minifactorías que produzcan biomoléculas específicas o microrrobots con sensores que procesen información y se adapten a su entorno.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: Aurore Dupin / TUM.