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A encapsulação de células – procarióticas e eucarióticas – permite que os pesquisadores realizem experimentos em ambientes hidratados por períodos prolongados de tempo. No entanto, o crescimento celular nessas condições pode exercer muita pressão sobre os invólucros de encapsulamento, resultando em vazamento celular. Em um novo estudo, pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign desenvolveram hidrogéis de alginato modificados que podem suportar o crescimento de bactérias, permitindo-lhes sintetizar enzimas importantes.
Os hidrogéis são polímeros reforçados por diferentes ligações químicas e são capazes de absorver água e inchar sem quebrar. Como resultado, os pesquisadores de biotecnologia frequentemente recorrem a essas estruturas para fornecer estabilidade e suporte estrutural para suas culturas de células.
“Cápsulas de hidrogel têm sido utilizadas há mais de 50 anos. Existem muitos tipos diferentes que podem ser feitos combinando diferentes tipos de células em diferentes ambientes de hidrogel”, disse Yoon Jeong, estudante de pós-graduação no laboratório de Irudayaraj (CGD/EIRH). “O problema de combinar microrganismos com cápsulas de hidrogel é que eles vazam.”
Para resolver esse problema, Jeong decidiu se concentrar no alginato, um composto comestível natural encontrado em algas marrons. Embora tenha sido analisado anteriormente, usá-lo para encapsular bactérias tem sido um desafio.
“Minha estratégia era fazer uma membrana de hidrogel na superfície da estrutura de hidrogel”, disse Jeong. Embora a mudança possa parecer pequena, funciona bem. Jeong testou seu sistema com Lactococcus lactis e viu que, sem a camada, as bactérias vazavam e não conseguiam formar biofilmes – um conjunto de microorganismos que grudam uns nos outros. Por outro lado, L. lactis as colônias dentro dos hidrogéis modificados foram capazes de crescer por mais de 10 dias; os hidrogéis forneceram uma plataforma estável que não se rompeu.
Jeong também parecia geneticamente modificado Escherichia coli, que podem sintetizar uma série de moléculas diferentes, somente quando são capazes de atingir uma alta densidade celular. Ele olhou para E. coli células que podem produzir proteína fluorescente verde, que emite um sinal verde quando as células são submetidas à luz ultravioleta. “Embora o crescimento da produção de GFP E. coli é simples, eles morrem rapidamente”, disse Jeong. “Eu mostrei que dentro do hidrogel eles formam colônias, que aumentam continuamente de tamanho, produzem GFP e não vazam.”
Ele obteve os mesmos resultados quando usou E. coli células que são bioluminescentes. Essas bactérias codificam o Luxo genes que resultam em células azuis que brilham no escuro. Os pesquisadores viram que uma vez que a bactéria atingiu uma certa densidade celular, a luminescência continuou a aumentar nos próximos 3 dias.
O principal objetivo de fazer esses hidrogéis é desenvolver biorreatores que possam suportar o crescimento de bactérias enquanto produzem compostos importantes. Para testar se os hidrogéis modificados eram capazes de sustentar tais processos, Jeong também testou a capacidade de L. lactis para produzir nisina, um peptídeo usado como conservante de alimentos. De acordo com os resultados anteriores, as bactérias conseguiram crescer bem nos hidrogéis modificados e produziram o composto.
“Embora à primeira vista possa parecer simples fazer essas estruturas de hidrogel, na verdade é difícil. É preciso controlar o tamanho, a espessura e evitar a aglomeração, pois essas cápsulas se unem”, disse Jeong. “Pesquisadores com formação científica diferente acharam esse processo difícil. Planejamos publicar um protocolo detalhado em breve para que as pessoas possam usar essa técnica fácil e barata”.
Os pesquisadores também estão interessados em continuar seus testes em células humanas e cancerígenas, com a esperança de que os hidrogéis possam fornecer uma plataforma confiável para uma ampla gama de aplicações.
O trabalho foi parcialmente financiado pelo Instituto Nacional de Imagem Biomédica e Bioengenharia do NIH.
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