Las células humanas ayudan a los investigadores a comprender el camuflaje del calamar

Los calamares y los pulpos son maestros del camuflaje, mezclándose con su entorno para evitar depredadores o presas repentinos. Algunos aspectos de cómo estos cefalópodos se vuelven reversiblemente transparentes siguen siendo «poco claros», en gran parte porque los investigadores no pueden cultivar células de piel de cefalópodo en el laboratorio. Sin embargo, hoy los investigadores informan que han replicado la transparencia sintonizable de algunas células de piel de calamar en células de mamíferos, que se pueden cultivar. El trabajo no solo podría arrojar luz sobre la biología básica del calamar, sino también conducir a mejores formas de obtener imágenes de muchos tipos de células.

Los investigadores presentarán sus hallazgos en la reunión de primavera de la American Chemical Society (ACS). ACS Spring 2023 es una reunión híbrida que se lleva a cabo de manera virtual y presencial del 26 al 30 de marzo.

Durante muchos años, Alon Gorodetsky, Ph.D., y su grupo de investigación han estado trabajando en materiales inspirados en las sepias. En trabajos anteriores, desarrollaron «pegatinas invisibles», que consisten en proteínas de reflejo de calamar producidas por bacterias que se adhieren a cinta adhesiva. «Así que tuvimos esta loca idea de ver si podíamos capturar algunos aspectos de la capacidad del tejido de la piel del calamar para alterar la transparencia dentro de los cultivos de células humanas», dice Gorodetsky, el investigador principal del proyecto.

El equipo de UC Irvine centró sus esfuerzos en las células de cefalópodo llamadas leucóforos, que tienen nanoestructuras similares a partículas compuestas de proteínas reflectantes que dispersan la luz. Normalmente, los reflejos se agregan y forman nanopartículas, por lo que la luz no se absorbe ni se transmite directamente; En cambio, la luz se dispersa o rebota en ellos, lo que hace que los leucocitos se vean de color blanco brillante.

«Queríamos diseñar células de mamíferos para que formaran nanoestructuras reflectantes de forma constante, en lugar de temporal, con las que pudiéramos controlar mejor la dispersión de la luz», dice Gorodetsky. Esto se debe a que si las células dejan pasar la luz con poca dispersión, aparecerán más transparentes. En cambio, al dispersar más luz, las celdas se volverán más oscuras y visibles. «Luego, a nivel celular, o incluso a nivel de cultivo, pensamos que podríamos cambiar de manera predecible la transparencia de las células en relación con el entorno o el fondo que las rodea», dice.

Para cambiar la forma en que la luz interactúa con las células cultivadas, Georgy Bogdanov, un estudiante graduado en el laboratorio de Gorodetsky que presenta los hallazgos, introdujo genes derivados del calamar que codificaban la reversibilidad en células humanas, que luego usaron ADN para producir la proteína. «El principal avance en nuestros experimentos fue lograr que las células produjeran una reflectancia estable y formaran nanoestructuras que dispersan la luz con índices de refracción relativamente altos, lo que también nos permitió obtener mejores imágenes de las células en tres dimensiones», dice Bogdanov.

En los experimentos, el equipo añadió sal al medio de cultivo celular y observó que las proteínas de inversión se agrupaban en nanoestructuras. Al aumentar sistemáticamente la concentración de sal, Bogdanov obtuvo imágenes tridimensionales detalladas y discontinuas de las propiedades de las nanoestructuras. A medida que las nanopartículas se hacían más grandes, la cantidad de luz que rebotaba en las células aumentaba, ajustando así la opacidad de estas células.

Luego, llegó la pandemia de COVID-19, lo que dejó a los investigadores preguntándose qué podían hacer para avanzar en su investigación sin estar físicamente en el laboratorio. Entonces, Bogdanov pasó su tiempo en casa desarrollando modelos computacionales que pudieran predecir la dispersión de luz y la transparencia esperadas de una célula antes de realizar el experimento. «Es un buen bucle entre la teoría y los experimentos, en el que introduce parámetros de diseño para nanoestructuras reflectantes, obtiene las propiedades ópticas específicas esperadas y luego diseña las células de manera más eficiente, para cualquier propiedad de dispersión de luz que le interese», explica Gorodetsky.

En un nivel básico, Gorodetsky sugiere que estos hallazgos ayudarán a los científicos a comprender mejor las células de la piel del calamar, que no se han cultivado con éxito en un entorno de laboratorio. Por ejemplo, investigadores anteriores plantearon la hipótesis de que las nanopartículas reflectantes se desintegran y se recombinan para cambiar la transparencia de las sepias sintonizables. Ahora, el equipo de Gorodetsky ha demostrado que se produjeron reordenamientos similares en células de mamíferos estables diseñadas con pequeños cambios en la concentración de sal, un mecanismo que parece similar al observado en células de calamar sintonizables.

Los investigadores ahora están refinando su método para diseñar mejores estrategias de imágenes celulares basadas en las propiedades ópticas intrínsecas de las células. Gorodetsky prevé que las proteínas reflectantes podrían actuar como marcadores codificados genéticamente que no sangran dentro de las células humanas. «La reflectina como sonda molecular ofrece muchas posibilidades para rastrear estructuras en las células utilizando técnicas de microscopía avanzadas», agrega Bogdanov. Por ejemplo, los científicos sugieren que los enfoques de imágenes basados ​​en su trabajo también podrían tener implicaciones para comprender mejor el crecimiento y el desarrollo celular.