Los investigadores de la TU/e han desarrollado un método para fabricar un citoesqueleto para células artificiales. La nueva investigación se ha publicado en Nature Chemistry.
Al igual que el cuerpo tiene un esqueleto, cada célula del cuerpo tiene un esqueleto, un citoesqueleto para ser más precisos. Este proporciona a las células resistencia mecánica, además de ayudar a la división celular. Para comprender cómo funcionan las células reales, por ejemplo para la investigación de fármacos y enfermedades, los investigadores crean células artificiales en el laboratorio. Sin embargo, muchas células artificiales hasta la fecha no se pueden utilizar para estudiar cómo responden las células a las fuerzas, ya que no tienen citoesqueleto. Los investigadores de la TU/e han diseñado una red basada en polímeros para células artificiales que imita un citoesqueleto real, lo que permite estudiar con mayor precisión en células artificiales cómo responden las células a las fuerzas.
En la actualidad, se están creando células artificiales para comprender cómo funcionan las células vivas. Puede que al principio parezca desconcertante, pero el enfoque tiene su lógica.
“Esto no sólo es interesante desde un punto de vista fundamental, sino que también puede ser muy útil cuando se trata de una detección más eficaz de fármacos, el diseño de mejores tecnologías de administración de fármacos y para la regeneración de tejidos”, dice Jan van Hest , profesor titular del Departamento de Ingeniería Química y Química y del Departamento de Ingeniería Biomédica.
“Las células artificiales se pueden utilizar para estudiar procesos biológicos en las células sin necesidad de células vivas, y también se puede hacer de forma controlada. Esto resulta beneficioso si se quiere estudiar qué tipo de moléculas afectan a determinados procesos en las células”.
Hasta ahora, los científicos se han centrado principalmente en incluir las funciones clave de las células en células artificiales. “En otras palabras, los investigadores han creado células artificiales que pueden comunicarse entre sí y con el entorno que las rodea, además de moverse como células reales”, señala Van Hest.
“Pero, hasta la fecha, la mayoría de las células artificiales no se pueden utilizar para estudiar cómo las fuerzas afectan a las células porque no tienen citoesqueleto”.
Jan van Hest. Foto de : Vincent van den Hoogen
¿Por qué lo artificial y no lo real?
El cuerpo humano contiene un esqueleto grande, que está formado por unos 206 huesos. Este desempeña una serie de funciones en el organismo, que van desde el soporte estructural hasta el almacenamiento de minerales clave.
Sin embargo, a diferencia del esqueleto humano, el citoesqueleto de las células no contiene huesos, sino que está formado por microtúbulos (largos tubos de polímero de la proteína tubulina) y microfilamentos hechos de la proteína actina.
“Los componentes básicos pueden ser diferentes, pero el citoesqueleto hace muchas de las cosas que hace el esqueleto humano, sólo que en una escala mucho más pequeña”, dice Van Hest.
Existen numerosos estudios sobre las propiedades mecánicas y la respuesta del esqueleto humano, pero no puede decirse lo mismo de los estudios sobre los citoesqueletos en células artificiales.
“Las células artificiales se estudian para comprender mejor el funcionamiento biológico de las células vivas. Pero si no hay citoesqueleto en las células artificiales, es más difícil establecer comparaciones concretas sobre cómo responden las células reales a las fuerzas”, añade Van Hest.
Lo artificial se vuelve más real
Así, en colaboración con colegas del Instituto Max Planck de Erlangen (Alemania), Van Hest y su equipo de la TU/e han incluido un citoesqueleto en una célula artificial que le proporciona propiedades mecánicas similares a las de las células de mamíferos vivos.
El equipo fabrica el citoesqueleto artificial utilizando un polímero basado en polidiacetileno (PDA). “El PDA es un material excelente para fabricar un citoesqueleto artificial. Capta los aspectos clave de un citoesqueleto natural, se agrupa para formar estructuras fibrosas que tienen aproximadamente el mismo tamaño que los filamentos de un citoesqueleto natural y puede deformarse cuando se somete a fuerzas externas”, afirma Van Hest.
(Izquierda) Configuración para mover células artificiales a través del canal para estudiar su deformación. (Derecha) A: Deformación de una célula con citoesqueleto. B: Deformación de una célula sin citoesqueleto.
Pruebas mecánicas
El investigador de doctorado Sebastian Novosedlik (autor principal del artículo de Nature Chemistry) realizó la mayor parte del trabajo y diseñó el citoesqueleto. Sin embargo, para probar las propiedades mecánicas del citoesqueleto artificial de manera confiable, Van Hest y el equipo de la TU/e buscaron ayuda en otros lugares.
“Jochen Guck y Felix Reichel en Alemania proporcionaron una manera de probar las propiedades mecánicas de células artificiales individuales en tiempo real”, dice Van Hest.
Los investigadores utilizaron una técnica conocida como citometría de deformabilidad en tiempo real (RT-DC) para estudiar cómo las células artificiales con y sin citoesqueleto se deformaban a medida que eran empujadas por un canal estrecho.
“Cuando incluimos en las células un citoesqueleto elaborado a partir de PDA, observamos que la deformación de las células disminuyó. En otras palabras, se volvieron más rígidas. Además, se demostró que su rigidez a la compresión, medida mediante el módulo de Young, era similar a la de ciertas células humanas”, afirma Van Hest.
En el futuro, las células artificiales con citoesqueletos serán muy importantes, como explica Van Hest. “La inclusión de un citoesqueleto en células artificiales nos permite tener en cuenta tanto las señales químicas como las mecánicas cuando las células artificiales interactúan con las vivas en estudios futuros, como aquellos en los que se desea modular las células inmunitarias”.
Henk Jansen. Foto de : Jan van Hest
Estudio conmovedor
El siguiente paso para Van Hest y los investigadores es explorar las propiedades funcionales y mecánicas combinadas de su sistema cuando las células interactúan con otras células, lo que podría ser significativo para nuevas investigaciones que utilicen células artificiales en casos en los que las células vivas sean parte integral de ellas.
En lo personal, esta investigación también tiene un gran impacto en términos de colaboración y conexión personal con Van Hest. “Este proyecto fue una colaboración con la empresa SyMO-Chem, y especialmente con Henk Janssen, quien es el coautor del artículo. Henk era un gran amigo mío y falleció recientemente . El conocimiento excepcional de Henk sobre química orgánica sintética y sus habilidades de mentoría estimulante han contribuido en gran medida al éxito de esta investigación. Tengo buenos recuerdos de las animadas discusiones que Sebastian, Henk y yo tuvimos a lo largo de la investigación de doctorado de Sebastian”.
Jan van Hest y su equipo dedican este artículo a la memoria de Henk Janssen.
Detalles del documento
Los detalles completos de este artículo son: Sebastian Novosedlik et al. , “ Células sintéticas funcionalizadas con citoesqueleto con características mecánicas similares a las de la vida y dinamismo de membrana regulado ”, Nature Chemistry, (2025).
También puede leer más sobre esta investigación en la tesis doctoral de Sebastian Novosedlik, quien defendió su tesis doctoral en el Departamento de Ingeniería Química y Química el 23 de octubre de 2024. TU/e News. B. F. Traducido al español
Contacto