As cadeias de DNA em materiais atuam como sinais de trânsito para iniciar, parar a atividade celular ou regenerar o tecido
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| Ativando e desativando a bioatividade.Credit: Northwestern University |
"É importante no contexto das terapias celulares para as pessoas curarem essas doenças ou regenerarem os tecidos que não são mais funcionais", disse o autor principal Samuel I. Stupp, diretor do Instituto Simpson Querrey de Northwestern para BioNanotecnologia e Conselho de Curadores Professor de Ciência de Materiais e Engenharia, Química, Medicina e Engenharia Biomédica.
O estudo foi publicado em Nature Communications.
As células em nossos corpos são constantemente sinalizadas com muitos tipos de instruções provenientes de proteínas e outras moléculas presentes nas matrizes que as cercam. Por exemplo, estas podem ser pistas para que as células exprimemam genes específicos para que possam proliferar ou se diferenciar em vários tipos de células, levando ao crescimento ou regeneração de tecidos. Uma das maravilhas desta maquinaria de sinalização é a capacidade incorporada em organismos vivos para fazer sinais de parar e reiniciar, conforme necessário, ou desligar um sinal e ativar um diferente para orquestrar processos muito complexos. A construção de materiais artificiais com este tipo de capacidade dinâmica para terapias regenerativas tem sido praticamente impossível até agora.
O novo trabalho publicado hoje reporta o desenvolvimento do primeiro material sintético que tem a capacidade de ativar reversivelmente esse tipo de sinalização dinâmica. A plataforma não só poderia levar a materiais que gerenciam células-tronco para terapias regenerativas mais efetivas, mas também permitirão aos cientistas explorar e descobrir no laboratório novas formas de controlar o destino das células e suas funções.
Uma das descobertas é a possibilidade de usar o material sintético para sinalizar células-tronco neurais para proliferar, em seguida, em um momento específico selecionado pelo operador, desencadear sua diferenciação em neurônios e, em seguida, retornar as células-tronco de volta a um estado proliferativo sob demanda.
O artigo também informa que as células estaminais neurais da medula espinhal, inicialmente agrupadas em estruturas conhecidas como "neurosferas", podem ser conduzidas para se espalhar e se diferenciar usando um sinal. Mas quando esse sinal é desligado, as células se re-agruparem espontaneamente em colônias. Isso revela fortes interações entre essas células que podem ser importantes na compreensão das pistas de desenvolvimento e regenerativas.
O uso potencial da nova tecnologia para manipular células pode ajudar a curar um paciente com doença de Parkinson. As próprias células da pele do paciente poderiam ser convertidas em células-tronco usando técnicas existentes. A nova tecnologia poderia ajudar a expandir as células-tronco recentemente convertidas in vitro - no laboratório - e, em seguida, direcionar sua diferenciação em neurônios produtores de dopamina antes do transplante de volta para o paciente.
Na nova tecnologia, os materiais são quimicamente decorados com diferentes fios de DNA, cada um projetado para exibir um sinal diferente para as células. Para ativar sinais para células, moléculas solúveis contendo cadeias de DNA complementares acopladas a péptidos são adicionadas ao material para criar hélices duplas de DNA que exibem o sinal. Ao adicionar algumas gotas do conjugado ADN-péptido, uma luz verde é dada para produzir mais células-tronco. A abordagem para fornecer o material com inteligência dinâmica é expor a superfície a uma molécula solúvel de DNA de cadeia simples, projetada para "pegar" a cadeia contendo sinal do duplex e formar uma nova hélice dupla de DNA. Este novo duplex não está mais ligado à superfície do material e se lava, desligando o sinal biológico. Para voltar a ligar o sinal, tudo o que é necessário é agora introduzir uma nova cópia do DNA de cadeia simples com um sinal que se reatará na superfície do material.
"As pessoas adorariam ter terapias celulares que utilizam células-tronco derivadas de seus próprios corpos para regenerar o tecido", disse Stupp. "Em princípio, isso será eventualmente possível, mas é preciso procedimentos que sejam efetivos para expandir e diferenciar as células, para que a façam. Nossa tecnologia faz isso".
Embora este processo seja atualmente realizado apenas in vitro com a visão das células de transplante, Stupp disse que no futuro talvez seja possível realizar este processo in vivo. As células-tronco seriam implantadas na clínica, encapsuladas no tipo de material descrito no novo trabalho, através de uma injeção e direcionadas para um local específico. Em seguida, as moléculas solúveis seriam dadas ao paciente para manipular a proliferação e a diferenciação das células transplantadas. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Science Daily.
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