Nova proteína anticongelante para conservação de células

Biologia

Nova proteína anticongelante para conservação de células

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9 de janeiro de 2018

Como congelar tecidos orgânicos ou culturas celulares sem danificá-los? A descoberta do caráter anticongelante de uma molécula poderia simplificar a técnica atual e muito complexa.

 

Muitos organismos do clima frio resistem a temperaturas extremas com proteínas anticongelantes produzidas por suas células que podem atrasar ou bloquear o crescimento de cristais de gelo. Essas moléculas seriam muito úteis em muitas áreas: na agricultura, para desenvolver plantas resistentes ao frio, nos alimentos, por exemplo, para preservar a consistência cremosa do sorvete, ou na medicina, para melhorar a conservação de tecidos vivos ou culturas celulares durante o seu congelamento.

 

O grande problema destas moléculas de anticongelante naturais é sua dificuldade de extrair. Sylvain Deville, pesquisador do laboratório de síntese e funcionalização da cerâmica (CNRS / Saint-Gobain), Cavaillon e seus colegas da Universidade de Warwick estudaram uma molécula sintética que atua como anticongelante e tem o benefício adicional por ser biodegradável a poliprolina.

 

Em medicina a cultura celular in vitro enfrenta o problema do armazenamento a longo prazo. As variações genéticas ou fenotípicas indesejadas aparecem sobre as sucessivas gerações de células. Uma solução seria reduzir a temperatura para congelar processos biológicos. A criopreservação mergulha as células em Nitrogênio líquido a -196 ° C. Sylvain Deville explica o principal obstáculo deste processo: “Quando o exterior das células se congela o equilíbrio da concentração de sal entre o interior e o exterior da célula varia abruptamente. A forte diferença na concentração induz o estresse osmótico suficientemente alto para literalmente explodir as células.”

 

Existem protocolos para o congelamento de células ou tecidos, mas são complexos de implementar e requerem o uso de soluções crioprotetoras, como dimetilsulfóxido (DMSO) que reduz o estresse osmótico. O problema é que estes solventes também são tóxicos. O uso repetido pode alterar a expressão epigenética da célula alterando a metilação do DNA. Ao usar soluções diluídas para menos de 10% de DMSO esse problema pode ser limitado, mas apenas 5% das células sobrevivem.

 

Uma vez que o problema das pressões osmóticas é contornado com o DMSO ainda é necessário ajustar o gelo. A formação e o crescimento de cristais de gelo na célula acabam por rasgar a membrana celular. Para superar este problema os químicos foram inspirados por anticongelantes naturais como as glicoproteínas. Muitos compostos que limitam a formação de cristais de gelo foram estudados, mas apresentam a desvantagem de não serem biodegradáveis ​​nem bioabsorvíveis.

 

Pesquisadores da Universidade de Warwick usaram glicoproteínas anticongelantes para projetar um anticongelante novo menos tóxico e mais fácil de usar. Com base no fato de que a interação complexa dessas proteínas com os cristais de gelo limita o crescimento desses cristais, os pesquisadores imitaram a estrutura helicoidal dessas proteínas anticongelantes. Eles usaram poliprolina uma cadeia de um aminoácido (prolina) repetida em uma estrutura helicoidal. Esta molécula tem propriedades químicas interessantes: como proteínas anticongelantes, tem uma parte hidrofílica solúvel em água e uma parte hidrofóbica presente na superfície da molécula. Essas zonas hidrofóbicas repelem moléculas de água que procuram se prender ao gelo e cultivar cristais. Ao adicionar uma solução de poliprolina a uma cultura celular que já contém dimetilsulfóxido permitiu aumentar a taxa de sobrevivência de 20 a 50% em culturas que contêm apenas dimetilsulfóxido.

 

Embora não seja possível no momento fazer sem DMSO cuja ação é complementar à poliprolina, a adição desta nova molécula parece ser benéfica e também pode simplificar o processo de congelamento. Além disso, a poliprolina seria bastante simples de produzir para uso industrial sendo mais simples do que a replicação de proteínas antimicrobianas naturais.

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