Por primera vez, un equipo interdisciplinario de la Universidad de Basilea ha logrado integrar orgánulos artificiales en las células de embriones vivos de pez cebra. Este enfoque innovador que utiliza orgánulos artificiales como implantes celulares ofrece un nuevo potencial para tratar una variedad de enfermedades, ya quelos autores informan en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
En las células de los organismos superiores, los orgánulos como el núcleo o las mitocondrias realizan una serie de funciones complejas necesarias para la vida. En las redes del Instituto Suizo de Nanociencia y el NCCR "Ingeniería de Sistemas Moleculares", el grupo dirigido por la profesora Cornelia Palivandel Departamento de Química de la Universidad de Basilea está trabajando para producir orgánulos de este tipo en el laboratorio, introducirlos en las células y controlar su actividad en respuesta a la presencia de factores externos por ejemplo, cambio en los valores de pH o condiciones reductoras.
Estos implantes celulares podrían, por ejemplo, transportar enzimas capaces de convertir un ingrediente farmacéutico en la sustancia activa y liberarlo "a pedido" en condiciones específicas. La administración de medicamentos de esta manera podría reducir considerablemente las cantidades utilizadas y los efectos secundarios.Permitiría que el tratamiento se administre solo cuando sea requerido por cambios asociados con afecciones patológicas por ejemplo, un tumor.
Cápsulas minúsculas con carga enzimática
Los orgánulos artificiales se basan en pequeñas cápsulas que se forman espontáneamente en solución a partir de polímeros y pueden encerrar varias macromoléculas como las enzimas. Los orgánulos artificiales presentados aquí contenían una enzima peroxidasa que solo comienza a actuar cuando moléculas específicas penetran en la pared de las cápsulas yApoyar la reacción enzimática.
Para controlar el paso de sustancias, los investigadores incorporaron proteínas de membrana naturales modificadas químicamente en la pared de las cápsulas. Estas actúan como puertas que se abren de acuerdo con la concentración de glutatión en la célula.
A un valor bajo de glutatión, el poro de las proteínas de membrana está "cerrado", es decir, no pueden pasar sustancias. Si la concentración de glutatión aumenta por encima de cierto umbral, la puerta de la proteína se abre y las sustancias del exterior pueden pasar a través delporos en la cavidad de la cápsula. Allí, son convertidos por la enzima en el interior y el producto de la reacción puede salir de la cápsula a través de la puerta abierta.
También efectivo en organismos vivos
En colaboración con el grupo dirigido por el profesor Jörg Huwyler del Departamento de Ciencias Farmacéuticas de la Universidad de Basilea, los orgánulos artificiales también se han estudiado in vivo. "Ahora hemos podido integrar estos orgánulos artificiales controlables en las célulasde un organismo vivo por primera vez ", dice Cornelia Palivan.
Los investigadores eligieron embriones de pez cebra porque sus cuerpos transparentes permiten un excelente seguimiento de los implantes celulares bajo un microscopio cuando están marcados con un tinte fluorescente.
Después de que los organelos artificiales fueron inyectados, los macrófagos los "comieron" y, por lo tanto, llegaron al organismo. Los investigadores pudieron demostrar que la enzima peroxidasa atrapada dentro del orgánulo artificial se activó cuando el peróxido de hidrógeno producido por los macrófagosentró a través de las puertas de proteínas.
"En este estudio, demostramos que los orgánulos artificiales, que están inspirados en la naturaleza, continúan funcionando según lo previsto en el organismo vivo, y que la puerta proteica que incorporamos no solo funciona en cultivos celulares sino también in vivo", comentaToma? Einfalt, primer autor del artículo y graduado de la Escuela de Doctorado del Instituto Suizo de Nanociencia. La idea de utilizar orgánulos artificiales como implantes celulares con el potencial de producir compuestos farmacéuticos activos, por ejemplo, abre nuevas perspectivas para el paciente.terapia de proteínas orientada.
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Materiales proporcionado por Universidad de Basilea . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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