Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) han logrado crear la célula artificial más simple del mundo, capaz de navegar por su entorno utilizando únicamente la química, emulando el comportamiento de las células vivas. Este avance, publicado en la revista Science Advances, muestra cómo burbujas microscópicas pueden ser programadas para seguir senderos químicos.
El estudio describe el desarrollo de una «célula mínima» en forma de vesícula lipídica que encapsula enzimas, permitiendo que se propulse a través de un proceso conocido como quimiotaxis. Este tipo de transporte celular es fundamental en muchos procesos biológicos y representa un hito clave en la evolución. Organismos como bacterias y glóbulos blancos dependen de la quimiotaxis para encontrar nutrientes o dirigirse a lugares de infección, mientras que las células espermáticas navegan hacia el óvulo utilizando este mismo mecanismo.
La investigadora Bárbara Borges Fernandes, estudiante de doctorado en el grupo de Biónica Molecular del IBEC y profesora en la Facultad de Física de la Universidad de Barcelona, destaca que es fascinante que este tipo de movimiento dirigido pueda ocurrir sin la maquinaria compleja que normalmente se asocia con él, como los flagelos o las vías de señalización intricadas. Al recrear este movimiento en un sistema sintético mínimo, el equipo busca desentrañar los principios fundamentales que lo hacen posible.
Diseño de la célula artificial
Para lograr este objetivo, el equipo de investigación estudió cómo las vesículas similares a células se mueven en gradientes de dos substratos: glucosa y urea. En este proceso, encapsularon enzimas como la glucosa oxidasa o la ureasa dentro de vesículas lipídicas, conocidas como liposomas, para convertir la glucosa y la urea en sus productos finales.
Los liposomas fueron modificados añadiendo una proteína de poro de membrana esencial, que actúa como un canal para que los substratos ingresen en la célula sintética y para que los productos de las reacciones salgan. Se ha comprobado que el movimiento activo depende de romper la simetría. Al atrapar las enzimas dentro de la partícula y utilizar los poros como puntos de intercambio, se genera una diferencia en la concentración química alrededor de la partícula, lo que provoca un flujo de fluido a lo largo de la superficie del vesículo y dirige su movimiento.
Los investigadores analizaron el transporte de más de 10,000 vesículas dentro de canales microfluídicos con gradientes de glucosa o urea para comprender el comportamiento general de la población. Se estudiaron las trayectorias de vesículas con diferentes números de poros y se compararon con las de las vesículas de control que carecían de poros.
Los resultados obtenidos son prometedores desde una perspectiva bioquímica, ya que los elementos estudiados son omnipresentes en la estructura de la mayoría de las células. “Observar el movimiento de una vesícula revela secretos sobre cómo las células se comunican entre sí y cómo transportan el material vital. Pero la maquinaria biológica es ruidosa, con demasiadas partes. Por ello, simplificamos. Reconstruimos toda la danza con solo tres cosas: una envoltura grasa, una enzima y un poro”, afirma el profesor Giuseppe Battaglia, investigador principal del grupo de Biónica Molecular y líder del estudio.
Este estudio se llevó a cabo en colaboración con el equipo de José Miguel Rubí de la Universidad de Barcelona, que realizó las predicciones teóricas, y se benefició de la participación del Instituto de Física de Sistemas Vivos, así como de varias universidades e institutos de investigación, incluidos el University College London y el Instituto Biofísica (CSIC-UPV/EHU).
