Bioboții: celulele care schimbă granițele dintre viață și moarte

Viața și moartea sunt privite, în mod tradițional, ca fenomene opuse. Cercetătorii au demonstrat că, după moarte, apar noi forme de viață multicelulară din celulele unui organism care s-a stins, iar asta îi face să ia în considerare o „a treia stare”, situată dincolo de granițele convenționale ale vieții și morții.

Este moartea sfârșitul?

Oamenii de știință consideră moartea drept oprirea ireversibilă a funcționării unui organism ca întreg. Totuși, practici precum donarea de organe arată că organele, țesuturile și celulele pot continua să funcționeze chiar și după moartea organismului. Această reziliență ridică o întrebare: ce mecanisme le permit anumitor celule să își continue activitatea după ce organismul a murit?

Într-un articol publicat de The Conversation, cercetători care studiază ce se întâmplă în organisme după moarte descriu cum anumite celule – atunci când primesc nutrienți, oxigen, bioelectricitate sau semnale biochimice – au capacitatea de a se transforma în organisme multicelulare cu funcții noi. Întregul proces se desfășoară după moartea organismului inițial.

Statul strânge miliarde de la bănci, într-un ritm accelerat

21:37

Investiție strategică de aproape 33 de milioane de euro în Portul Constanța

20:31

Viață, moarte și încă ceva

Această a treia stare reprezintă o provocare la adresa modului în care oamenii de știință înțeleg de obicei comportamentul celular. Deși unele transformări, precum metamorfoza omizilor în fluturi sau evoluția mormolocilor în broaște, sunt bine cunoscute, există foarte puține exemple în care organismele se schimbă în moduri care nu sunt predeterminate genetic. Tumorile, organoizii și liniile celulare capabile să se dividă indefinit, precum celulele HeLa, nu sunt considerate parte din această a treia stare, deoarece nu dezvoltă funcții noi.

Însă cercetătorii au descoperit că celule ale pielii, extrase din embrioni de broască morți, au fost capabile să se adapteze la noile condiții dintr-o cutie Petri. Aceste celule s-au reorganizat spontan, devenind organisme multicelulare – pe care cercetătorii le-au numit xenoboți. Aceste organisme au prezentat comportamente mult dincolo de rolurile lor biologice originale. Xenoboții își folosesc cilii – structuri mici asemănătoare unor perișori – pentru a naviga și pentru a se deplasa în mediul lor, în timp ce într-un embrion viu, acești cili sunt utilizați, de obicei, pentru a deplasa mucus.

Celule pulmonare umane solitare se pot auto-asambla în organisme multicelulare

Xenoboții pot să se deplaseze, să se vindece și să interacționeze cu mediul lor în mod autonom. Ei pot realiza și autoreplicare cinematică, ceea ce înseamnă că pot replica fizic structura și funcția lor fără a crește. Acest proces diferă de replicarea clasică, care implică creștere în interiorul sau pe corpul organismului.

Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că celule pulmonare umane solitare se pot auto-asambla în organisme multicelulare miniaturale, capabile să se deplaseze. Acești „antroboti” prezintă comportamente și structuri noi. Ei pot naviga în mediul lor și pot repara atât propriile structuri, cât și celulele neuronale deteriorate aflate în apropiere.

Aceste constatări demonstrează plasticitatea inerentă a sistemelor celulare și pun sub semnul întrebării ideea că celulele și organismele pot evolua doar în moduri prestabilite. Această a treia stare sugerează că moartea organismului poate juca un rol semnificativ în modul în care viața se transformă în timp.

Condițiile postmortem influențează acest proces

Mai mulți factori influențează capacitatea anumitor celule și țesuturi de a supraviețui și de a funcționa după moartea organismului. Printre aceștia, se numără condițiile de mediu, activitatea metabolică și tehnicile de conservare.

Diferite tipuri celulare au timpi de supraviețuire diferiți. La oameni, leucocitele mor undeva între 60 și 86 de ore după moartea organismului. La șoareci, celulele musculare scheletice pot fi regenerate după 14 zile postmortem, iar fibroblastele de la oi și capre pot fi cultivate chiar și la o lună după moarte.

Activitatea metabolică are un rol crucial în supraviețuirea celulelor. Celulele active, care necesită un aport continuu și substanțial de energie, sunt mai dificil de cultivat decât celulele cu cerințe energetice reduse. Tehnici, precum crioprezervarea, le permit țesuturilor, precum măduva osoasă, să funcționeze similar surselor provenite de la donatori în viață.

Genele asociate stresului și imunității se activează după moarte

Mecanismele interne de supraviețuire joacă, de asemenea, un rol esențial în acest proces. Cercetătorii au observat o creștere semnificativă, după moarte, a activității genelor asociate stresului și imunității, probabil pentru a compensa pierderea homeostaziei. Factori precum traumatismele, infecțiile și timpul scurs de la deces influențează semnificativ viabilitatea țesuturilor și celulelor.

Factori precum vârsta, starea de sănătate, sexul și tipul de specie modelează suplimentar peisajul postmortem. Acest lucru se observă în dificultatea cultivării și transplantării celulelor pancreatice producătoare de insulină, numite celule insulare. Procesele autoimune, costurile energetice ridicate și degradarea mecanismelor de protecție pot explica eșecul multor transplanturi de celule insulare.

De fapt, capacitatea de transformare este larg răspândită

Rămâne neclar cum interacțiunea acestor variabile le permite anumitor celule să continue să funcționeze după moartea organismului. O ipoteză sugerează că unele canale și pompe specializate din membrana celulară funcționează ca circuite electrice complexe. Aceste structuri generează semnale electrice care le permit celulelor să comunice, să crească și să se miște, modelând forma organismului pe care îl creează.

Capacitatea diferitelor tipuri celulare de a se transforma după moarte este, de asemenea, incertă. Studii anterioare au arătat că gene implicate în stres, imunitate și reglare epigenetică sunt activate după moarte la șoareci, zebre și oameni, sugerând o capacitate larg răspândită de transformare.

Aceste celule au un buton de oprire

A treia stare oferă nu doar perspective noi asupra adaptabilității celulare, ci și posibilități pentru tratamente revoluționare.

Antroboții proveniți din țesutul propriu al pacientului ar putea fi incluși în medicamente care nu vor declanșa un răspuns imun nedorit. Antroboții modificați genetic ar putea dizolva placa arterială la pacienții cu ateroscleroză sau ar putea îndepărta mucusul în exces la pacienții cu fibroză chistică.

Importanța majoră constă în faptul că aceste organisme multicelulare au o durată de viață limitată, degradându-se natural după patru până la șase săptămâni. Acest „buton de oprire” previne dezvoltarea unor celule potențial invazive.

O înțelegere mai bună a modului în care unele celule continuă să funcționeze și să se transforme în entități multicelulare la ceva timp după moartea organismului promite să impulsioneze medicina personalizată și preventivă.