A forma e a morfologia de uma célula desempenham um papel fundamental na função biológica. Isso corresponde ao princípio de "a forma segue a função", que é comum em campos modernos de design e arquitetura. A transferência desse princípio para células artificiais é um desafio na biologia sintética. Os avanços na nanotecnologia de DNA agora oferecem soluções promissoras. Eles permitem a criação de novos canais de transporte que são grandes o suficiente para facilitar a passagem de proteínas terapêuticas através das membranas celulares.

Neste campo emergente, a Prof. Laura Na Liu, Diretora do 2º Instituto de Física da Universidade de Stuttgart e Fellow do Instituto Max Planck para Pesquisa em Estado Sólido (MPI-FKF), desenvolveu uma ferramenta inovadora para controlar a forma e a permeabilidade de membranas lipídicas em células sintéticas. Essas membranas são feitas de bicamadas lipídicas que envolvem um compartimento aquoso e servem como modelos simplificados de membranas biológicas. Elas são úteis para estudar a dinâmica da membrana, interações de proteínas e comportamento lipídico.

O trabalho foi publicado na Nature Materials .

Esta nova ferramenta pode abrir caminho para a criação de células sintéticas funcionais. O trabalho de Laura Na Liu visa influenciar significativamente a pesquisa e o desenvolvimento de novas terapias. Liu e sua equipe tiveram sucesso em usar nanorrobôs de DNA dependentes de sinal para permitir interações programáveis com células sintéticas.

"Este trabalho é um marco na aplicação da nanotecnologia de DNA para regular o comportamento celular", diz Liu.

A equipe trabalha com vesículas unilamelares gigantes (GUVs), que são estruturas simples, do tamanho de células, que imitam células vivas. Usando nanorrobôs de DNA, os pesquisadores conseguiram influenciar a forma e a funcionalidade dessas células sintéticas.

A nanotecnologia de DNA é uma das principais áreas de pesquisa de Laura Na Liu. Ela é especialista em estruturas de origami de DNA — fios de DNA que são dobrados por meio de sequências de DNA mais curtas especificamente projetadas, os chamados grampos. A equipe de Liu usou estruturas de origami de DNA como nanorrobôs reconfiguráveis que podem mudar reversivelmente sua forma e, assim, influenciar seu ambiente imediato na faixa micrométrica.

Os pesquisadores descobriram que a transformação desses nanorrobôs de DNA pode ser acoplada à deformação dos GUVs e à formação de canais sintéticos nas membranas do modelo GUV. Esses canais permitiram que moléculas grandes passassem pela membrana e pudessem ser selados novamente, se necessário.

"Isso significa que podemos usar nanorrobôs de DNA para projetar o formato e a configuração de GUVs para permitir a formação de canais de transporte na membrana", diz o Prof. Stephan Nussberger, coautor deste trabalho.

"É extremamente emocionante que o mecanismo funcional dos nanorrobôs de DNA em GUVs não tenha equivalente biológico direto em células vivas."

O novo trabalho levanta novas questões: plataformas sintéticas — como nanorrobôs de DNA — poderiam ser projetadas com menos complexidade do que suas contrapartes biológicas, mas que, ainda assim, funcionariam em um ambiente biológico?

O novo estudo é um passo importante nessa direção. O sistema de canais de membrana cruzada, criado por nanorrobôs de DNA, permite a passagem eficiente de certas moléculas e substâncias para dentro das células. Mais importante, esses canais são grandes e podem ser programados para fechar quando necessário.

Quando aplicado a células vivas, esse sistema pode facilitar o transporte de proteínas ou enzimas terapêuticas para seus alvos na célula. Ele, portanto, oferece novas possibilidades para a administração de medicamentos e outras intervenções terapêuticas.

"Nossa abordagem abre novas possibilidades para imitar o comportamento de células vivas. Esse progresso pode ser crucial para futuras estratégias terapêuticas", diz o Prof. Hao Yan, um dos coautores deste trabalho.