El cuerpo humano está formado por 30 a 40 millones de células, una red grande y compleja de células sanguíneas, neuronas y células especializadas que forman órganos y tejidos. Hasta ahora, descubrir qué mecanismos controlan la comunicación entre ellos ha demostrado ser un desafío importante para el campo de la biología celular.
La investigación dirigida por Virgil Percec en el Departamento de Química de Penn , en colaboración con los departamentos de biología y biología celular y del desarrollo de la Universidad , y con las universidades Temple y Aachen, proporciona una nueva herramienta para estudiar células sintéticas con un detalle increíble.
Percec y su grupo demostraron el valor de su método al observar cómo la estructura de una célula determina su capacidad para comunicarse e interactuar con otras células y proteínas. Descubrieron que las moléculas de azúcar desempeñan un papel clave en la comunicación celular, ya que sirven como “canales” que las células y las proteínas utilizan para comunicarse entre sí.
“En última instancia, esta investigación trata de entender cómo funcionan las membranas celulares”, dice Percec. “La gente trata de entender cómo funcionan las células humanas, pero es muy difícil hacerlo. Todo en la celda es similar a un líquido, y eso hace que sea difícil analizarlo con métodos de rutina “.
Los biólogos celulares han usado históricamente la difracción para estudiar las células. Esto implica separarlos y tomar imágenes a nivel atómico de partes individuales, como las proteínas. El problema con este enfoque, sin embargo, es que no permite el estudio de la célula como un todo.
Los métodos más nuevos, como la microscopía de fluorescencia, permiten a los investigadores estudiar células completas, pero estas herramientas son complicadas y no proporcionan la visión de alta resolución que puede ofrecer la difracción.
Utilizando células sintéticas diseñadas como un sistema modelo, el autor principal César Rodríguez-Emmenegger, un ex miembro del grupo de Percec, ahora en Aachen, descubrió una forma de estudiar directamente las membranas celulares utilizando un método llamado microscopía de fuerza atómica.
Este enfoque genera escaneos de resolución extremadamente alta que revelan formas y estructuras en una escala de menos de un nanómetro, casi 10.000 veces más pequeñas que el ancho de un cabello humano. El grupo de Percec luego construyó un modelo que calcula cómo las imágenes estructurales se relacionan con la función de la celda.
El estudio es el primer ejemplo de un método similar a la difracción que se puede hacer en células sintéticas completas. Usando este nuevo método, el grupo de Percec descubrió que una menor concentración de azúcares en la superficie de una membrana celular conducía a una mayor reactividad con las proteínas en las membranas de otras células.
Uno de los objetivos de Percec es descubrir cómo controlar la comunicación y la función celular de una célula a otra, lo que está vinculado con el trabajo en curso de su grupo en la creación de células híbridas formadas por partes de células humanas y bacterianas. Si bien su grupo ha estado estudiando sistemas de imitación de membrana celular y sistemas diseñados desde 2010, el descubrimiento de este nuevo método similar a la difracción fue, como describe Percec, un “accidente afortunado”.
“Nos acercamos a los problemas que otras personas dicen que no hay solución para. No se puede hacer un gran avance de la noche a la mañana”, dice Percec. “Todas estas personas en nuestro equipo son dotadas y tienen la maquinaria necesaria para resolver los diversos problemas en el camino que unen la historia”.
Referencia: National Academy of Sciences.