Una célula artificial en un chip
La eficiente tecnología de microfluidos produce vesículas a medida cargadas de enzimas
Los investigadores de la Universidad de Basilea han desarrollado un sistema precisamente controlable para imitar las cascadas de reacciones bioquímicas en las células. Utilizando la tecnología de microfluidos, producen contenedores de reacción polimérica en miniatura equipados con las propiedades deseadas. Esta "célula en un chip" es útil no sólo para estudiar los procesos en las células, sino también para el desarrollo de nuevas vías sintéticas para aplicaciones químicas o para sustancias activas biológicas en la medicina.
Los investigadores utilizaron su nuevo método para producir tres tipos diferentes de vesículas con un tamaño uniforme pero con diferentes cargas enzimáticas.
University of Basel, Department of Chemistry
Para sobrevivir, crecer y dividirse, las células dependen de una multitud de enzimas diferentes que catalizan muchas reacciones sucesivas. Dada la complejidad de los procesos en las células vivas, es imposible determinar cuándo están presentes determinadas enzimas en qué concentraciones y cuáles son sus proporciones óptimas en relación con las demás. En cambio, los investigadores utilizan sistemas sintéticos más pequeños como modelos para estudiar esos procesos. Estos sistemas sintéticos simulan la subdivisión de las células vivas en compartimentos separados.
Muy similar a las células naturales
Ahora, el equipo dirigido por los profesores Cornelia Palivan y Wolfgang Meier del Departamento de Química de la Universidad de Basilea ha desarrollado una nueva estrategia para producir estos sistemas sintéticos. Escribiendo en la revista Advanced Materials, los investigadores describen cómo crean varios contenedores de reacción en miniatura sintéticos, conocidos como vesículas, que - tomados en su conjunto - sirven como modelos de una célula.
"A diferencia del pasado, esto no se basa en el auto-ensamblaje de vesículas", explica Wolfgang Meier. "Más bien, hemos desarrollado una eficiente tecnología de microfluidos para producir vesículas cargadas de enzimas de forma controlada." El nuevo método permite a los investigadores ajustar el tamaño y la composición de las diferentes vesículas para que puedan tener lugar varias reacciones bioquímicas en su interior sin que se influyan mutuamente, como en los diferentes compartimentos de una célula.
Para fabricar las vesículas deseadas, el científico alimenta los diversos componentes en pequeños canales en un chip de vidrio de silicio. En este chip, todos los microcanales se unen en una unión. Si las condiciones se configuran correctamente, esta disposición produce una emulsión acuosa de gotas de polímero de tamaño uniforme que se forman en el punto de intersección.
Control preciso
La membrana polimérica de las vesículas actúa como una capa exterior y encierra una solución acuosa. Durante la producción, las vesículas se llenan con diferentes combinaciones de enzimas. Como explica la primera autora, la Dra. Elena C. dos Santos, esta técnica proporciona algunas ventajas clave: "El nuevo método desarrollado nos permite producir vesículas a medida y ajustar con precisión la combinación de enzimas deseada en su interior".
Las proteínas incorporadas a la membrana actúan como poros y permiten el transporte selectivo de los compuestos dentro y fuera de las vesículas de polímero. El tamaño de los poros está diseñado para permitir el paso de sólo moléculas o iones específicos, permitiendo así el estudio por separado de los procesos celulares que tienen lugar en la naturaleza en estrecha relación unos con otros.
"Pudimos demostrar que el nuevo sistema ofrece una excelente base para el estudio de los procesos de reacción enzimática", explica Cornelia Palivan. "Estos procesos pueden ser optimizados para impulsar la producción de un producto final deseado. Es más, la tecnología nos permite examinar mecanismos específicos que juegan un papel en las enfermedades metabólicas o que afectan a la reacción de ciertos medicamentos en el cuerpo".
El trabajo fue apoyado por el Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea, la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia y el Centro Nacional de Competencia en Investigación "MSE - Ingeniería de Sistemas Moleculares".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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