Notícia

Agente de nanocomputação baseado em proteínas evolui na capacidade de influenciar o comportamento celular

Fonte

Penn State | Universidade Estadual da Pensilvânia

Data

segunda-feira, 29 maio 2023 06:20

Áreas

Bioinformática. Biologia. Biomedicina. Biotecnologia. Computação. Engenharia Biológica. Genômica. Microbiologia. Oncologia. Proteômica.

O primeiro agente de nanocomputação baseado em proteína que funciona como um circuito foi criado por pesquisadores da Universidade Estadual da Pensilvânia (Penn State), nos Estados Unidos. O marco coloca a ciência um passo mais perto de desenvolver terapias baseadas em células de última geração para tratar doenças como diabetes e câncer.

As abordagens tradicionais de biologia sintética para terapias baseadas em células, como as que destroem células cancerígenas ou estimulam a regeneração de tecidos após lesões, dependem da expressão ou supressão de proteínas que produzem uma ação desejada dentro de uma célula. Essa abordagem pode levar tempo (para que as proteínas sejam expressas e degradadas) e custar energia celular no processo. Uma equipe de pesquisadores da Escola de Medicina e do Huck Institutes of the Life Sciences da Penn State está adotando uma abordagem diferente.

“Estamos projetando proteínas que produzem diretamente uma ação desejada”, disse o Dr. Nikolay Dokholyan, professor do Departamento de Farmacologia da Penn State. “Nossos dispositivos baseados em proteínas ou agentes de nanocomputação respondem diretamente a estímulos (entradas) e então produzem uma ação desejada (saídas).”

Em um estudo publicado na revista Science Advances, o Dr. Nikolay Dokholyan e Jiaxing Chen, doutorando em bioinformática e genômica na Penn State, descreveram sua abordagem para criar seu agente de nanocomputação. Eles projetaram uma proteína-alvo integrando dois domínios de sensores, ou áreas que respondem a estímulos. Nesse caso, a proteína-alvo responde à luz e a um medicamento chamado rapamicina ajustando sua orientação ou posição no espaço.

Para testar seu projeto, a equipe introduziu sua proteína projetada em células vivas em cultura. Ao expor as células cultivadas aos estímulos, eles usaram equipamentos para medir as mudanças na orientação celular depois que as células foram expostas aos estímulos dos domínios do sensor.

Anteriormente, seu agente de nanocomputação exigia duas entradas para produzir uma saída. Agora, Jiaxing Chen disse que há duas saídas possíveis e a saída depende da ordem em que as entradas são recebidas. Se a rapamicina for detectada primeiro, seguida pela luz, a célula adotará um ângulo de orientação, mas se os estímulos forem recebidos na ordem inversa, a célula adotará um ângulo de orientação diferente. Jiaxing Chen disse que esta prova de conceito experimental abre as portas para o desenvolvimento de agentes de nanocomputação mais complexos.

“Teoricamente, quanto mais entradas você incorporar em um agente de nanocomputação, mais resultados potenciais podem resultar de diferentes combinações”, disse Chen. “As entradas potenciais podem incluir estímulos físicos ou químicos e as saídas podem incluir mudanças nos comportamentos celulares, como direção celular, migração, modificação da expressão gênica e citotoxicidade das células imunes contra células cancerígenas”.

A equipe planeja desenvolver ainda mais seus agentes de nanocomputação e experimentar diferentes aplicações da tecnologia. O professor Nikolay Dokholyan, pesquisador do Penn State Cancer Institute e do Penn State Neuroscience Institute, disse que o conceito poderia algum dia formar a base das terapias baseadas em células de próxima geração para várias doenças, como doenças autoimunes, infecções virais, diabetes, lesões nervosas e câncer.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Estadual da Pensilvânia (em inglês).

Fonte: Zachary Sweger, Penn State. Imagem: Jiaxing Chen realiza experimento de imagem de células vivas para estudar o comportamento celular usando microscopia confocal. Fonte:  Huck Institutes of the Life Sciences, Universidade Estadual da Pensilvânia.

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