Pesquisadores da UC San Francisco (UCSF) criaram moléculas que agem como “cola celular”, permitindo-lhes direcionar de maneira precisa como as células se ligam umas às outras. A descoberta representa um grande passo para a construção de tecidos e órgãos, um objetivo há muito buscado pela medicina regenerativa.
Moléculas adesivas são encontradas naturalmente em todo o corpo, mantendo suas dezenas de trilhões de células unidas em padrões altamente organizados. Eles formam estruturas, criam circuitos neuronais e guiam células imunes para seus alvos. A adesão também facilita a comunicação entre as células para manter o corpo funcionando como um todo autorregulado.
Em um novo estudo, publicado na edição de 12 de dezembro de 2022 da Naturezaos pesquisadores projetaram células contendo moléculas de adesão personalizadas que se ligam a células parceiras específicas de maneiras previsíveis para formar conjuntos multicelulares complexos.
“Fomos capazes de projetar células de uma maneira que nos permite controlar com quais células elas interagem e também controlar a natureza dessa interação”, disse o autor sênior Wendell Lim, PhD, o Distinguished Professor de Farmacologia Celular e Molecular da Byers e diretor do Cell Design Institute da UCSF. “Isso abre a porta para a construção de novas estruturas, como tecidos e órgãos.”
Regenerando Conexões Entre Células
Os tecidos e órgãos corporais começam a se formar no útero e continuam se desenvolvendo durante a infância. Na idade adulta, muitas das instruções moleculares que orientam esses processos generativos desapareceram e alguns tecidos, como os nervos, não podem se curar de lesões ou doenças.
Lim espera superar isso manipulando células adultas para fazer novas conexões. Mas fazer isso requer a capacidade de projetar com precisão como as células interagem umas com as outras.
“As propriedades de um tecido, como a sua pele, por exemplo, são determinadas em grande parte pela forma como as diferentes células são organizadas dentro dele”, disse Adam Stevens, PhD, Hartz Fellow no Cell Design Institute e o primeiro autor do artigo. . “Estamos criando maneiras de controlar essa organização das células, que é fundamental para poder sintetizar tecidos com as propriedades que queremos que eles tenham”.
Muito do que torna um determinado tecido distinto é o quão firmemente suas células estão unidas. Em um órgão sólido, como um pulmão ou um fígado, muitas das células estarão bem unidas. Mas no sistema imunológico, ligações mais fracas permitem que as células fluam através dos vasos sanguíneos ou rastejem entre as células fortemente ligadas da pele ou tecidos de órgãos para alcançar um patógeno ou uma ferida.
Para direcionar essa qualidade de ligação celular, os pesquisadores projetaram suas moléculas de adesão em duas partes. Uma parte da molécula atua como um receptor do lado de fora da célula e determina com quais outras células ela irá interagir. Uma segunda parte, dentro da célula, sintoniza a força do vínculo que se forma. As duas partes podem ser misturadas e combinadas de forma modular, criando uma matriz de células personalizadas que se unem de maneiras diferentes em todo o espectro de tipos de células.
O código subjacente à montagem celular
Stevens disse que essas descobertas também têm outras aplicações. Por exemplo, os pesquisadores poderiam projetar tecidos para modelar estados de doença, para facilitar seu estudo em tecidos humanos.
A adesão celular foi um desenvolvimento fundamental na evolução de animais e outros organismos multicelulares, e moléculas de adesão personalizadas podem oferecer uma compreensão mais profunda de como começou o caminho de organismos unicelulares para multicelulares.
“É muito emocionante que agora entendamos muito mais sobre como a evolução pode ter começado a construir corpos”, disse ele. “Nosso trabalho revela um código de adesão molecular flexível que determina quais células irão interagir e de que maneira. Agora que estamos começando a entendê-lo, podemos aproveitar esse código para direcionar como as células se agrupam em tecidos e órgãos. Essas ferramentas podem ser realmente transformativo.”
Autores: Outros autores incluem Josiah Gerdts, Ki Kim e Wesley McKeithan do UCSF Cell Design Institute e do Departamento de Farmacologia Celular e Molecular, Jonathan Ramirez e Faranak Fattahi do Eli and Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research and the Dept. de Farmacologia Celular e Molecular, Coralie Tentesaux e Ophir Klein do Programa UCSF em Biologia Craniofacial e Departamento de Ciências Orofaciais, e Andrew Harris e Dan Fletcher, do Departamento de Bioengenharia da UC Berkeley.
Financiamento: Este trabalho foi financiado pela NSF grant DBI-1548297, NIH grant U01CA265697 e uma bolsa de pós-doutorado da Damon Runyon Cancer Research Foundation (DRG-# 2355-19).