La vida da forma al movimiento de la misma célula. En respuesta a los gestos de algunas proteínas y enzimas, una célula puede comenzar a moverse y agitar, lo que causa contracción, lo que hace que apriete, aprieta y eventualmente distribuya. Dado que las células de la hija siguen la línea de generación en generación, crecen, se distinguen y finalmente se organizan en un organismo completamente formado.
Ahora los científicos del MIT han usado la luz para controlar cómo la misma celda gira y funciona durante las primeras etapas de desarrollo. El equipo estudió el movimiento de las células del huevo fabricadas por Starfish, una biología que los científicos han sido utilizados durante mucho tiempo por un modelo clásico para comprender el crecimiento y el desarrollo celular.
Los investigadores se centraron en una enzima clave que estimula el movimiento del movimiento dentro de la célula del huevo de la estrella de mar. Diseñaron genéticamente la versión sensible a la luz de la misma enzima, que necesitaban en las células del huevo, y luego activaron las células con diferentes muestras de luz.
Descubrieron que la luz movilizaba con éxito la enzima, lo que resultó en que las células hicieran malabares y movían los patrones de pronóstico. Por ejemplo, los científicos pueden movilizar a las células para la visualización de pequeños píxeles o contracciones barridas, dependiendo del estilo de luz en la luz. Incluso pueden brillar luz en lugares específicos alrededor de la celda para aumentar su forma de un círculo a un cuadrado.
Sus resultados, que aparecerán en la revista Física de la naturalezaLos científicos proporcionan una nueva herramienta óptica para controlar la forma de la célula en las primeras etapas de desarrollo. Tal dispositivo, que imaginan, puede guiar el diseño de células artificiales, como las células de “parche” que se contraen en respuesta a los gestos de luz para ayudar a apagar las heridas, o las células “portadoras” de suministro de fármacos que solo están en el cuerpo cuando el cuerpo está alto. En general, los investigadores ven sus resultados como una nueva forma de investigar cómo la misma celda moldea la vida.
“Al revelar cómo un interruptor impulsado por la luz puede renovar las celdas en tiempo real, estamos exponiendo los principios de diseño básicos”, dice Nikita Fakhri, autora principal del MIT, Niketa Fakhri, la autora senior del MIT Nakata Fakhri. “El poder de estas herramientas es que están guiando todos estos procesos de nuestro desarrollo y desarrollo, para ayudarnos a comprender cómo lo hace la naturaleza”.
Los autores del MIT de este estudio incluyen al primer autor Jinghoi Liu, Yu Chen Chao y Zar Han Ten. Tom Breakart, Alexander Zipke y Aaron libres de la Universidad de Munich Ludog Macsmelin. John Rain Hard of Sarland University; Y el White Head Institute for Biose Medical Research S. Zachary Swartz.
Circuito celular
En MIT, un grupo de Fakhri estudia dinámica física que avanza el desarrollo y el desarrollo de las células. Ella está particularmente interesada en el equilibrio y en los procesos que dicen que cuando las células crecen y dividen, las células siguen o rompen el equilibrio. Él dice que cinco estrellas de marlover es una biología ideal para desarrollar preguntas de desarrollo, equilibrio y desarrollo temprano.
“Una estrella de mar es un sistema interesante porque comienza con una célula simétrica y se convierte en una larvau de equilibrio bilateral en las primeras etapas, y luego se desarrolla en el equilibrio de adultos de la pantera”, dice Fakhri. “Por lo tanto, estos son todos los procesos de señalización que están en camino para decirle a la célula cómo debe organizarse”.
Los científicos han estudiado durante mucho tiempo varias etapas de estrella de mar y su desarrollo. En muchas revelaciones, los investigadores han descubierto un “circuito” clave dentro de la célula de huevo de estrella de mar que controla su movimiento y forma. Este circuito contiene una enzima, GEF, que circula naturalmente en el citoplasma celular. Cuando se activa esta enzima, cambia la proteína, llamada Rho, que es necesaria para controlar la mecánica celular.
Cuando las enzimas de GMEF el Rho, esencialmente transforma la proteína del estado flotante libre en un estado que une la proteína a la membrana celular. En esta membrana, la proteína desencadena el desarrollo del microscopio, el músculo, que cruza la membrana y, en consecuencia, lo que permite que la célula se ocupe y se mueva.
En el trabajo anterior, el grupo de fakhri ha demostrado que la concentración de células enzimáticas GEF puede manipularse en el movimiento de la célula: cuanto más se introduzca la enzima en la célula, más contracción de esta célula será.
“Toda esta idea nos obligó a pensar si es posible hackear este circuito, no solo para cambiar el movimiento de la célula, sino también obtener la reacción mecánica deseada”, dice Fakhri.
Luces y acción
El equipo analizó a Optogeentics para conectar claramente el movimiento de una célula, un enfoque que incluye células genéticamente de ingeniería y componentes celulares, como proteínas y enzimas, a medida que se movilizan en respuesta a la luz.
Utilizando técnicas OPT -Gogenic establecidas, los investigadores desarrollaron una versión sensible a la luz de la enzima GEF. De esta enzima ingeniero, aisló su ARNm, básicamente, un plan genético para la construcción de enzimas. Luego inyectó el plan en las células del huevo, que el equipo cortó con los mismos huevos de estrella de mar, lo que puede mantener a millones de células poco saludables. En colaboración con el nuevo ARNm, las células mismas comenzaron a desarrollar enzimas GMEF sensibles a la luz.
En experimentos, los investigadores colocaron las células del huevo afectadas por cada enzima bajo un microscopio y brillaban la luz de la célula en varios patrones y con el círculo celular, así como diferentes puntos. Tomaron videos de movimientos celulares en respuesta.
Descubrió que cuando golpeó la luz en puntos específicos, la enzima GMEF se movilizó y reclutó la proteína Rho en sitios dirigidos a la luz. Allí, la proteína se enfrentó con las fibras similares a los músculos que extraían la célula en los mismos lugares estimulantes de luz. La mayoría, como las cuerdas de un marionato, logró controlar el movimiento de la célula, por ejemplo, instruyendo a que lo forme en varias formas, incluido un cuadrado.
Sorprendentemente, también descubrieron que podían más rápido la célula arrojando luz en un lugar, cruzando un cierto límite de concentración de enzimas.
Fakhri dice: “Nos dimos cuenta de que este circuito Rho-Gef es un sistema apasionado, donde un estímulo pequeño y cronometrado puede desencadenar un gran tipo de reacción”. “Por lo tanto, podemos iluminar toda la célula, o simplemente un pequeño espacio en la célula, como reclutar suficientes enzimas en la región, por lo que el sistema comienza a contraerse o pellizcarse”.
Los investigadores compilaron sus observaciones y obtuvieron un marco teórico para determinar cómo cambiaría la forma de la célula, debido a cómo es dinámica con la luz. Fakhri dice que el marco ha abierto una ventana en el “entusiasmo” en el corazón de la rehabilitación celular, que es un proceso básico de desarrollo fetal y heridas.
Agrega: “Este trabajo proporciona un plan para diseñar células artificiales, que permiten a los investigadores hacer cambios en forma de cambios personalizados para futuras aplicaciones biomédicas”.
Este trabajo fue parcialmente apoyado por la Fundación Sloan y la Fundación Nacional de Ciencias.
