Los modelos biomiméticos se han empleado ampliamente para estudiar los complejos fenómenos biofísicos de las membranas celulares. Estos modelos biomiméticos más simples proporcionan información valiosa al minimizar la interferencia de la miríada de variables presentes en las células biológicas. Las vesículas unilamelares gigantes (GUV) son un sistema biomimético fundamental utilizado para estudiar la biofísica de membranas 1,2. Los GUV están bien establecidos como un modelo representativo de la membrana celular. Comprenden una sola bicapa lipídica esférica de tamaño 10-30 μm de diámetro y están encapsuladas y suspendidas en una solución acuosa. En este artículo, denominamos a estos sGUV. Estos sistemas se construyen utilizando un enfoque de abajo hacia arriba, donde los componentes celulares esenciales (lípidos, proteínas y catalizadores) se ensamblan para imitar la estructura y función de las membranas biológicas 3,4.
Aunque los sGUV simples, con solo el núcleo acuoso en su interior, se usan comúnmente, se han desarrollado modelos más avanzados para replicar características específicas de las células biológicas. Por ejemplo, los GUV con estructuras soportadas por actina emulan el citoesqueleto 5,6,7, mientras que los entornos con alto contenido de sal se utilizan para imitar las condiciones fisiológicas. Los ambientes con mayor contenido de sal imitan las condiciones fisiológicas, pero es difícil obtenerlas en los GUV ya que los métodos tradicionales, como la electroformación 8,9, a menudo no son adecuados para sintetizar GUV de tamaño micrométrico en tales condiciones. Los métodos más nuevos, como el método asistido por gel, que utiliza geles poliméricos o de almidón para ayudar a la hinchazón de la bicapa durante la hidratación, abordan estas limitaciones10,11. Del mismo modo, se han estudiado los cambios morfológicos de los sGUVs12. La adición de filamentos cerrados y abiertos, como actina encapsulada, microtúbulos y otros componentes del citoesqueleto, de rigidez variable, y la condición de estrés osmótico en su interior influyen en la transición morfológica de estas vesículas osmóticamente desinfladas pero inicialmente cuasi-esféricas. El análisis teórico revela diversas transformaciones morfológicas, incluyendo estructuras tubulares, esféricas, en forma de raqueta, en forma de cereza y en gotas, alineándose bien con las observaciones experimentales12. Estos hallazgos tienen implicaciones significativas para comprender la organización de filamentos, microtúbulos y nanoanillos dentro de las células y vesículas. Otros estudios revisan los métodos para la encapsulación de proteínas y exploran cómo la actina encapsulada, los microtúbulos y los componentes del citoesqueleto regulan la forma de las vesículas osmóticas desinfladas12,13.
Además, inspirados en la arquitectura de las células eucariotas, se desarrollan modelos complejos basados en GUV para el desarrollo de modelos artificiales que se asemejan a la fisión y la división celular, la reproducción y las características multicompartimentales de las células eucariotas, las células autorreproductoras 14,15,16,17 y las células multicompartimentales. Más allá de la aplicación estructural, los GUV también son los modelos elegidos para comprender la electroporación celular, un proceso en el que un campo eléctrico aplicado induce la formación de poros en la membrana lipídica debido al estrés de Maxwell. Los GUV, con dimensiones comparables a las celdas biológicas, exhiben electrodeformación y electroporación bajo campos eléctricos. Dichos estudios sobre GUV proporcionan información sobre las propiedades electromecánicas, como la capacitancia de la membrana y la rigidez a la flexión18 y sobre los mecanismos de electroporación 2,19,20. Sin embargo, en la práctica, estos estudios son más representativos de las células anucleadas, como los glóbulos rojos (RBC).
Para cerrar esta brecha, proponemos vesículas unilamelares gigantes compuestas (cGUVs) como un nuevo modelo biomimético para células eucariotas nucleadas21,22. Estas vesículas poseen una estructura de vesícula en vesícula, donde la bicapa interna imita a la membrana nuclear y la bicapa externa representa la membrana plasmática. Además, demostramos cómo se puede modular la conductividad eléctrica de las regiones interna, anular y externa sin necesidad de instrumentación avanzada, como micromanipuladores o microjeringas. Este enfoque simplificado para sintetizar cGUV ofrece una plataforma prometedora para avanzar en la investigación biofísica de las células nucleadas.