Máquinas moleculares falam com células para entender sua linguagem

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/07/2021

Esquema de funcionamento dos motores moleculares, que prometem ajudar a desvendar a linguagem mecânica das células.
[Imagem: Yijun Zheng et al. - 10.1038/s41467-021-23815-4]

Comunicação mecânica das células

Químicos alemães conseguiram pela primeira vez criar um motor molecular artificial que pode "falar" com as células vivas, o que o torna uma ferramenta sem precedentes para que os cientistas possam desvendar a linguagem que as células usam para se comunicar entre si nos tecidos.

E, uma vez compreendida essa linguagem celular, será possível convencer células específicas a fazer coisas interessantes, desde fazer células tumorais se autodestruírem para combater um câncer até convencer bactérias a produzir combustíveis e outros produtos químicos de alto valor.

Em seu ambiente natural, as células humanas nunca estão sozinhas. Quer sejam sangue, pele ou células nervosas, elas vivem juntas em "colônias" - ou tecidos. E, assim densamente aglomeradas, a linguagem que as células mais parecem entender é a do empurra-empurra: Os impulsos mecânicos que elas trocam, puxando-se e empurrando-se, desencadeiam processos bioquímicos específicos.

Esse processo, chamado mecanotransdução, transforma os impulsos mecânicos externos em sinais bioquímicos, que por sua vez regulam propriedades específicas das células, incluindo funções celulares essenciais, como proliferação, movimento ou morte celular programada. Quando tudo funciona perfeitamente, nossos tecidos se desenvolvem e se reparam de danos; quando a coisa vai mal, temos que lidar com doenças, sejam do sistema cardiovascular, câncer ou atrofia muscular.

Mas ainda estamos longe de dispor de um dicionário para entender essas informações porque estudar como as células se comunicam detectando estímulos mecânicos e produzindo respostas bioquímicas requer cutucá-las com pipetas ou com a ponta de um microscópio de força atômica. E, embora funcionem com células individuais, essas técnicas não funcionam no nível dos tecidos.

A nanotecnologia das máquinas moleculares recebeu o Nobel de Química em 2016.
[Imagem: Yijun Zheng et al. - 10.1038/s41467-021-23815-4]

Motor movido a luz

Foi para superar essas dificuldades que Yijun Zheng e seus colegas do Instituto Leibniz de Novos Materiais criaram um motor molecular, que usa a energia da luz ultravioleta (UV) para puxar e empurrar delicadamente as membranas celulares, com forças pequenas e controláveis, capazes de desencadear diferentes respostas bioquímicas.

O motor molecular é composto por um estator e um rotor, dos quais se projetam quatro braços de polietilenoglicol. Dois desses braços ligam-se aos receptores da membrana das células em cultura. Enquanto isso, os outros dois braços são amarrados a um hidrogel projetado para imitar uma superfície celular ou uma proteína com a qual uma célula normalmente interagiria.

Quando recebem pulsos de luz ultravioleta, os motores giram, fazendo com que os dois pares de braços se enrolem e encurtem, puxando e empurrando a membrana celular e disparando respostas celulares naturais. A força gerada desta forma pode ser regulada em função do comprimento de onda da luz e do tempo de duração da irradiação, sendo suficiente para gerar uma resposta bioquímica - nos primeiros testes, a equipe ativou células essenciais do sistema imunológico, conhecidas como células-T.

"Com este novo material movido a luz, é possível exercer uma força controlada nas células - sem o uso de dispositivos complicados. A flexibilidade do material permitirá que as células sejam estudadas em seu ambiente natural no futuro, para entendermos melhor os processos bioquímicos impulsionados pela força nas células e desenvolver biomateriais ativos," disse a professora Aránzazu del Campo, coordenadora da equipe.

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