Rede de computadores biológicos identifica e destrói células de cancro : 14/09/2013
Benenson, que é professor de Biologia Sintética no D-BSSE, passou grande parte da carreira a desenvolver computadores biológicos que operam em células vivas. A meta de longo prazo é construir biocomputadores que detectem as moléculas que levam informações importantes sobre o bem-estar da célula e que processem essas informações para direccionar a resposta terapêutica apropriada, se descobrir que a célula é anormal.
Agora, em conjunto com Weiss e uma equipa de cientistas, incluindo Zhen Xie, Liliana Wroblewska e Laura Prochazka, avançaram bastante na direcção desta meta. Num estudo que acaba de ser publicado na revista Science, os cientistas descreveram um "circuito" multigene sintético, cuja tarefa é distinguir entre as células saudáveis e as células do cancro e, posteriormente, atacar as células de cancro para destruí-las. Este circuito funciona por amostragem e ao integrar-se cinco factores moleculares intracelulares específicos do cancro e a sua concentração. O circuito faz uma identificação positiva apenas quando todos os factores estão presentes na célula, resultando em um processo altamente preciso. Os investigadores esperam que ele possa servir de base para tratamentos anticancro muito específicos.
Destruição selectiva de células de cancro
Os cientistas testaram a rede de genes em células humanas cultivadas: células de cancro cervical, chamadas de células HeLa e células normais. Quando o biocomputador genético foi introduzido nos tipos diferentes de células, apenas as células HeLa – e não as saudáveis – foram destruídas.
Foi necessário muito trabalho de preparação para atingir este resultado. A equipa de Benenson teve primeiro que descobrir quais combinações de moléculas são exclusivas das células HeLa. Eles observaram entre as moléculas que pertencem à classe de compostos conhecidos como microRNA (miRNA). Os investigadores identificaram uma combinação de miRNA, ou perfil, que era típica da célula HeLa.
Esta foi uma tarefa desafiante. No corpo há cerca de 250 diferentes tipos de células saudáveis. Além disso, existem numerosas variantes de células de cancro e, entre elas, centenas podem ser cultivadas em laboratório. A diversidade de miRNA é cada vez maior: entre 500 a 1000 espécies diferentes têm sido descritas nas células humanas. "Cada tipo de célula, saudável ou doente, tem moléculas miRNA diferentes ligadas ou desligadas", disse Benenson.
Cinco factores para o perfil de cancro
Criar um miRNA "perfil" não é muito diferente de encontrar um conjunto de sintomas para fazer o diagnóstico de uma doença de maneira confiável. "Um sintoma isoladamente, tal como a febre, nunca pode caracterizar uma doença. Quanto mais informações estiverem disponíveis para o médico, mais confiável torna-se o seu diagnóstico", explicou Benenson. Os investigadores procuraram então vários factores que distinguissem de forma confiável as células cancerígenas HeLa de todas as outras células saudáveis. Descobriu-se que uma combinação de apenas cinco miRNAs específicos, alguns presentes em níveis elevados e alguns em níveis muito baixos, é o suficiente para identificar uma célula HeLa entre todas as células saudáveis.
"Os factores miRNA são submetidos a cálculos Boolean. Eles são combinados usando operações lógicas como E e NÃO, e a rede só gera o resultado necessário, ou seja, a morte celular, quando o cálculo inteiro com todos os factores resulta em um valor lógico VERDADEIRO", disse Benenson.
Os investigadores conseguiram demonstrar que a rede funciona de forma muito confiável nas células vivas. Ela combina correctamente todos os factores intracelulares usando um "programa" molecular prescrito e dá o diagnóstico correcto. Isto, de acordo com Benenson, representa uma conquista significativa no campo.
Modelo animal e terapia génica
Numa próxima etapa, ele quer testar este cálculo celular em um modelo animal apropriado, com o objectivo de construir ferramentas diagnósticas e terapêuticas no futuro. Isto pode soar como ficção científica, mas Benenson acredita que seja viável. No entanto, problemas difíceis, como por exemplo entregar genes estranhos em uma célula de forma eficiente e com segurança, continuam a ser resolvidos. Em particular, esta abordagem requer a introdução temporária de ADN estranho nas células e não permanente, mas os métodos disponíveis actualmente, tanto virais quanto químicos, não estão totalmente desenvolvidos e precisam de ser melhorados.
"Estamos ainda muito longe de um método de tratamento totalmente funcional para os humanos. Este trabalho, entretanto, é um primeiro passo importante que demonstra a viabilidade de tal método selectivo de diagnóstico num nível de célula única", disse Benenson.