El cuerpo humano está formado por numerosos tipos diferentes de células, que tienen pequeños compartimentos conocidos como orgánulos para realizar reacciones bioquímicas complejas. Estos compartimentos tienen múltiples enzimas que trabajan juntas para ejecutar importantes funciones celulares. Investigadores del Center for Soft and Living Matterdentro del Instituto de Ciencias Básicas IBS , Corea del Sur han imitado con éxito estos nanocompartimentos espaciales para crear 'mitocondrias artificiales' en la última investigación publicada en Catálisis de la naturaleza como artículo de portada. Afirman que la tecnología se puede utilizar para construir orgánulos artificiales que puedan suministrar ATP u otras moléculas útiles a las células de los tejidos dañados o enfermos.
Esto se logró mediante la reprogramación de los 'exosomas', que son pequeñas vesículas diámetro ~ 120 nm que las células utilizan para la señalización intercelular. Los investigadores llevaron a cabo los experimentos utilizando reactores de gotas de microfluidos, que generaron pequeñas gotas que eran de tamaño similar acélulas típicas. diámetro ~ 10 nm Los investigadores primero apuntaron a facilitar la fusión controlada de estos exosomas dentro de las gotitas y al mismo tiempo evitar fusiones no deseadas.
Lo lograron adaptando las superficies del exosoma con moléculas llamadas catecol, que es un agente quelante que forma complejos con iones metálicos. Esto, a su vez, se logró uniendo el catecol a los anticuerpos que se dirigen a marcadores celulares específicos, como el CD9. El complejoLa propiedad de formación de catecol les permite impulsar fusiones entre exosomas cuando se mezclan con iones metálicos como Fe 3+ . La fusión de la membrana ocurre cuando los catecoles en las superficies se unen al hierro y acercan las vesículas unas a otras.
Los investigadores primero probaron la efectividad de este sistema cargando un tipo de exosomas con calceína-Co 2+ y otro con EDTA. Cuando las dos vesículas se fusionan y los contenidos se mezclan, EDTA agarra el Co 2+ lejos de la calceína, que luego permite que esta última emita fluorescencia. El equipo se dio cuenta de que tenían éxito al detectar la señal de fluorescencia, y la fusión se confirmó aún más al duplicar el diámetro del exosoma medido.
Estos exosomas personalizados se precargaron luego con diferentes reactivos y enzimas, que los convirtieron en nano fábricas biomiméticas. Esto les permite producir biomoléculas de alto valor mediante la realización de las transformaciones biocatalíticas deseadas de una manera espacialmente confinada que no es posible con tubos de ensayo de laboratorio convencionales.. El equipo demostró esta función de cascada biocatalítica multienzimática encapsulando glucosa oxidasa GOx y peroxidasa de rábano picante HRP dentro de los exosomas. El GOx primero convierte la glucosa en ácido glucónico y peróxido de hidrógeno. El HRP a su vez utiliza el peróxido de hidrógeno generado en el primerreacción para oxidar Amplex Red a un producto fluorescente, resorufina. Los investigadores incluso pudieron dar un paso más al agregar una tercera enzima, galactosidasa, que convierte la lactosa en glucosa, en la mezcla.
A continuación, los investigadores querían saber exactamente qué tan bien estos mini reactores pueden ser captados e internalizados por las células. Las células derivadas de los tejidos mamarios humanos se alimentaron con nanoreactores de exosomas fusionados, y su internalización durante las siguientes 48 horas se observó utilizando variosmarcadores y un microscopio confocal de barrido láser CLSM. Se descubrió que las células eran capaces de captar estos exosomas personalizados principalmente a través de la endocitosis, junto con muchos otros mecanismos. También probaron el sistema de enzimas GOx-HRP dos antes mencionado en las células, ySe descubrió que los exosomas fusionados podían fabricar con éxito productos fluorescentes incluso estando dentro de las células.
Con este conocimiento, el equipo buscó crear mitocondrias artificiales funcionales que sean capaces de producir energía dentro de las células. Para lograrlo, ATP sintasa y bo 3 la oxidasa se reconstituyó en los exosomas anteriores que contenían GOx y HRP, respectivamente. Estos exosomas se fusionaron a su vez para crear nanoreactores que pueden producir ATP utilizando glucosa y ditiotreitol DTT. Se descubrió que los exosomas fusionados eran capaces de penetrar profundamente enla parte central de un tejido esferoide sólido y producen ATP en su ambiente hipóxico. Las actividades de estos orgánulos simples fueron acompañadas por una marcada reducción de la generación de especies reactivas de oxígeno ROS. En contraste, las enzimas libres no pudieron penetrar dentro de estos esferoides apretadosde células.
"Tomados en conjunto, nuestros resultados destacan el potencial de estos exosomas como nanoreactores en la regulación de la actividad metabólica de las células dentro de los esferoides y en la atenuación del daño celular debido a la hipoxia", señala CHO Yoon-Kyoung, autor correspondiente del estudio.Se espera que una mayor investigación sobre estos orgánulos artificiales presente un nuevo paradigma en varios campos, como el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades, la biotecnología, la medicina y el medio ambiente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :