Células humanas ajudam os pesquisadores a entender a camuflagem da lula – ScienceDaily

Lulas e polvos são mestres da camuflagem, misturando-se ao ambiente para fugir de predadores ou surpreender presas. Alguns aspectos de como esses cefalópodes se tornam reversivelmente transparentes ainda não estão claros, principalmente porque os pesquisadores não podem cultivar células da pele de cefalópodes em laboratório. Hoje, no entanto, os pesquisadores relatam que replicaram a transparência ajustável de algumas células da pele de lula em células de mamíferos, que podem ser cultivadas. O trabalho pode não apenas lançar luz sobre a biologia básica da lula, mas também levar a melhores maneiras de visualizar muitos tipos de células.

Os pesquisadores apresentarão seus resultados na reunião de primavera da American Chemical Society (ACS).

Por muitos anos, Alon Gorodetsky, Ph.D., e seu grupo de pesquisa têm trabalhado em materiais inspirados na lula. Em trabalhos anteriores, eles desenvolveram “adesivos de invisibilidade”, que consistiam em proteínas reflectinas de lula produzidas por bactérias que eram aderidas a uma fita adesiva. “Então, tivemos essa ideia maluca de ver se poderíamos capturar algum aspecto da capacidade dos tecidos da pele da lula de mudar a transparência em culturas de células humanas”, diz Gorodetsky, principal pesquisador do projeto.

A equipe da Universidade da Califórnia, em Irvine, concentrou seus esforços em células de cefalópodes chamadas leucóforos, que possuem nanoestruturas semelhantes a partículas compostas por proteínas reflectinas que espalham a luz. Normalmente, as reflectinas se agrupam e formam as nanopartículas, de modo que a luz não é absorvida ou transmitida diretamente; em vez disso, a luz se espalha ou reflete neles, fazendo com que os leucóforos pareçam brancos brilhantes.

“Queríamos projetar células de mamíferos para formarem de forma estável, em vez de temporariamente, nanoestruturas refletidas para as quais poderíamos controlar melhor a dispersão da luz”, diz Gorodetsky. Isso porque, se as células permitirem a passagem da luz com pouca dispersão, elas parecerão mais transparentes. Alternativamente, espalhando muito mais luz, as células se tornarão opacas e mais aparentes. “Então, no nível celular, ou mesmo no nível da cultura, pensamos que poderíamos alterar previsivelmente a transparência das células em relação ao ambiente ou ao fundo”, diz ele.

Para mudar a forma como a luz interage com as células cultivadas, Georgii Bogdanov, um estudante de pós-graduação no laboratório de Gorodetsky que está apresentando os resultados, introduziu genes derivados de lulas que codificam a reflectina em células humanas, que então usaram o DNA para produzir a proteína. “Um avanço importante em nossos experimentos foi conseguir que as células produzissem reflectina de forma estável e formassem nanoestruturas de dispersão de luz com índices de refração relativamente altos, o que também nos permitiu obter imagens melhores das células em três dimensões”, diz Bogdanov.

Em experimentos, a equipe adicionou sal ao meio de cultura das células e observou as proteínas reflectinas se aglomerando em nanoestruturas. Ao aumentar sistematicamente a concentração de sal, Bogdanov obteve imagens 3D detalhadas e com lapso de tempo das propriedades das nanoestruturas. À medida que as nanopartículas se tornaram maiores, a quantidade de luz que rebateu nas células aumentou, consequentemente ajustando sua opacidade.

Então, a pandemia do COVID-19 atingiu, deixando os pesquisadores se perguntando o que poderiam fazer para avançar em sua investigação sem estar fisicamente no laboratório. Então, Bogdanov passou seu tempo em casa desenvolvendo modelos computacionais que poderiam prever a dispersão de luz esperada de uma célula e a transparência antes mesmo de um experimento ser executado. “É um belo loop entre teoria e experimentos, onde você alimenta os parâmetros de design para as nanoestruturas reflectinas, obtém propriedades ópticas específicas previstas e, em seguida, projeta as células com mais eficiência – para quaisquer propriedades de dispersão de luz nas quais você possa estar interessado”, explica Gorodetsky.

Em um nível básico, Gorodetsky sugere que esses resultados ajudarão os cientistas a entender melhor as células da pele da lula, que não foram cultivadas com sucesso em um ambiente de laboratório. Por exemplo, pesquisadores anteriores postularam que as nanopartículas de reflectina desmontam e remontam para alterar a transparência dos leucóforos de lula sintonizáveis. E agora a equipe de Gorodetsky mostrou que rearranjos semelhantes ocorreram em suas células de mamífero projetadas estáveis ​​com mudanças simples na concentração de sal, um mecanismo que parece análogo ao que foi observado nas células de lula ajustáveis.

Os pesquisadores agora estão otimizando sua técnica para projetar melhores estratégias de imagem celular com base nas propriedades ópticas intrínsecas das células. Gorodetsky prevê que as proteínas reflectinas possam atuar como etiquetas codificadas geneticamente que não desbotam dentro das células humanas. “A reflectina como uma sonda molecular oferece muitas possibilidades para rastrear estruturas em células com técnicas avançadas de microscopia”, acrescenta Bogdanov. Por exemplo, os cientistas propõem que as abordagens de imagem baseadas em seu trabalho também possam ter implicações para uma melhor compreensão do crescimento e desenvolvimento celular.

Os pesquisadores reconhecem o financiamento da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa e do Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea dos EUA.

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