Cientistas fazem um grande avanço na biologia sintética e desenvolvem circuitos programáveis para células humanas

Imagine se as células pudessem pensar. Bem, os bioengenheiros da Universidade de Rice estão a tornar essa ideia realidade com um novo kit de construção para construir circuitos programáveis de sentido e resposta em células humanas.

Esta investigação inovadora poderá abrir caminho a tratamentos revolucionários para doenças como o cancro e as doenças autoimunes, afirmam os cientistas.

A inovação da equipa centra-se em algo chamado fosforilação, um processo natural que as células utilizam para responder ao seu ambiente. Desde a deteção de inflamações ao controlo dos níveis de açúcar no sangue, a fosforilação desempenha um papel fundamental na comunicação celular.

No entanto, os investigadores descobriram agora uma forma de reestruturar estes processos, criando vias sintéticas que imitam e até melhoram os projetos da natureza.

Conceber 'células inteligentes'

Imagine pequenos processadores no interior das células feitos de proteínas que podem 'decidir' como responder a sinais específicos como inflamação, marcadores de crescimento tumoral ou níveis de açúcar no sangue”, explicou Xiaoyu Yang, principal autor do estudo.

“Este trabalho aproxima-nos muito mais da possibilidade de construir 'células inteligentes' capazes de detetar sinais de doença e libertar imediatamente tratamentos personalizados em resposta”.

A abordagem da equipa baseia-se em considerar a fosforilação como um sistema modular. Cada passo no processo de fosforilação atua como um bloco de construção que pode ser remontado em novas vias, permitindo que as células liguem entradas ambientais específicas a saídas específicas.

“Isto abre dramaticamente o espaço de conceção de circuitos de sinalização”, acrescentou Caleb Bashor, autor sénior da investigação e professor assistente de bioengenharia. “Acontece que os ciclos de fosforilação não estão apenas interligados, mas são interconectáveis, o que nos permite criar modelos inteiramente novos sem perturbar a função celular normal.”

Terapias mais rápidas e personalizadas

O potencial deste avanço é imenso. Ao contrário dos circuitos sintéticos anteriores, que podiam levar horas a ativar, estes novos circuitos baseados na fosforilação respondem em segundos ou minutos. Em testes de laboratório, os circuitos detetaram sinais externos, incluindo fatores inflamatórios, e desencadearam respostas específicas.

“A nossa investigação prova que é possível construir circuitos programáveis em células humanas que respondem a sinais de forma rápida e precisa”, afirmou Bashor. “Este é o primeiro relatório de um kit de construção para a engenharia de circuitos de fosforilação sintéticos".

A equipa demonstrou como os seus circuitos poderiam um dia ser utilizados para controlar os surtos autoimunes ou reduzir os efeitos secundários da imunoterapia. Com esta inovação, a promessa de células inteligentes que detetam doenças e fornecem tratamentos está um passo mais perto de se tornar realidade.

Referência da notícia:

Xiaoyu Yang et al. Engineering synthetic phosphorylation signalling networks in human cells, published in Science, January 2025.