Segredos da lula revelados com uma pequena ajuda de células humanas

Os cientistas há muito ficam intrigados com as habilidades de camuflagem de lulas e polvos, que permitem que esses cefalópodes desapareçam em seus arredores com facilidade. Embora alguns aspectos de sua transparência reversível tenham permanecido obscuros devido à dificuldade de cultivar células da pele de cefalópodes no laboratório, pesquisas recentes fizeram avanços significativos nessa área.

Especificamente, os pesquisadores conseguiram replicar a transparência ajustável de certas células da pele da lula usando células de mamíferos que podem ser cultivadas em laboratório. Essa descoberta não apenas oferece informações sobre a biologia básica das lulas, mas também tem o potencial de melhorar a imagem de vários tipos de células.

Pesquisadores usam células humanas para desvendar o mistério da camuflagem da lula

Durante um longo período, o Dr. Alon Gorodetsky e sua equipe se inspiraram nas lulas para desenvolver materiais inovadores. Entre suas criações anteriores estão “adesivos de invisibilidade” que utilizaram proteínas reflectinas de lula produzidas por bactérias e afixadas em fita adesiva.

“Então, tivemos essa ideia maluca de ver se poderíamos capturar algum aspecto da capacidade dos tecidos da pele da lula de mudar a transparência nas culturas de células humanas”, acrescenta o investigador principal Gorodetsky.

Na Universidade da Califórnia, em Irvine, os pesquisadores dedicaram sua atenção ao estudo dos leucóforos – células cefalópodes caracterizadas por suas nanoestruturas particuladas compostas por proteínas reflectinas que espalham a luz. Essas reflectinas normalmente se aglomeram e criam nanopartículas que fazem com que a luz se espalhe ou rebata nelas, em vez de serem absorvidas ou transmitidas diretamente. Como resultado, os leucóforos têm uma aparência branca brilhante.

“Queríamos projetar células de mamíferos para formarem de forma estável, em vez de temporariamente, nanoestruturas refletidas para as quais poderíamos controlar melhor a dispersão da luz”, acrescenta Gorodetsky.

Isso ocorre porque as células que permitem a passagem da luz com dispersão mínima aparecerão mais transparentes. Por outro lado, quando a luz é espalhada em maior extensão, as células se tornam mais opacas e proeminentes.

“Então, no nível celular, ou mesmo no nível da cultura, pensamos que poderíamos alterar previsivelmente a transparência das células em relação ao ambiente ou ao fundo”.

Georgii Bogdanov, um estudante de pós-graduação no laboratório de Gorodetsky que está apresentando as descobertas, introduziu genes derivados de lulas que codificam para reflectina em células humanas. As células usaram esse DNA para produzir a proteína, alterando assim a maneira como a luz interage com as células cultivadas.

“Um avanço importante em nossos experimentos foi fazer com que as células produzissem reflectina de forma estável e formassem nanoestruturas de dispersão de luz com índices de refração relativamente altos, o que também nos permitiu obter imagens melhores das células em três dimensões”, aponta Bogdanov.

Durante os experimentos, os pesquisadores complementaram o meio de cultura das células com sal, fazendo com que as proteínas reflectinas se agrupassem em nanoestruturas. Ao elevar gradualmente a concentração de sal, Bogdanov capturou imagens 3D abrangentes e com lapso de tempo das características das nanoestruturas. À medida que as nanopartículas cresciam, as células refletiam mais luz, levando a ajustes em sua opacidade.

No entanto, com o início da pandemia de COVID-19, os pesquisadores se viram incapazes de conduzir suas investigações fisicamente no laboratório. Como resultado, Bogdanov utilizou seu tempo em casa para desenvolver modelos computacionais que pudessem antecipar a provável dispersão de luz e transparência de uma célula antes mesmo de realizar um experimento.

“É um belo loop entre teoria e experimentos, onde você alimenta os parâmetros de projeto para as nanoestruturas reflectinas, obtém propriedades ópticas específicas previstas e, em seguida, projeta as células com mais eficiência – para quaisquer propriedades de dispersão de luz nas quais você possa estar interessado”, acrescenta Gorodetsky .

Gorodetsky prevê que essas descobertas facilitarão uma compreensão mais profunda das células da pele da lula, que têm sido difíceis de cultivar com sucesso em ambientes de laboratório. Por exemplo, estudos anteriores levantaram a hipótese de que as nanopartículas de reflectina se desintegram e se reformam, causando mudanças na transparência dos leucóforos de lula sintonizáveis. A equipe de Gorodetsky demonstrou agora que rearranjos comparáveis ​​ocorreram em suas células de mamíferos modificadas, que eram estáveis, com apenas pequenos ajustes na concentração de sal. Este mecanismo parece ser semelhante ao que foi observado nas células de lula ajustáveis.

Os pesquisadores estão atualmente refinando sua abordagem para aprimorar as estratégias de imagem celular que aproveitam as propriedades ópticas intrínsecas das células. Gorodetsky acredita que as proteínas reflectinas podem funcionar como etiquetas codificadas geneticamente que não desaparecem dentro das células humanas.

Bogdanov acrescenta que “a reflectina como uma sonda molecular oferece muitas possibilidades para rastrear estruturas em células com técnicas avançadas de microscopia”.

Por exemplo, os pesquisadores sugerem que seus métodos de imagem podem ajudar a melhorar a compreensão do crescimento e desenvolvimento celular.

As descobertas serão apresentadas na reunião de primavera da American Chemical Society (ACS) e acontecerá entre 26 e 30 de março.

Crédito da imagem: 10.1021/acsbiomaterials.2c00088