Usando un nuevo tipo de "rayo retráctil", Los científicos de UT Austin pueden alterar la superficie de una almohadilla de hidrogel en tiempo real, creando surcos (azul) y otros patrones sin perturbar las células vivas, como esta célula de fibroblastos (roja) que modela el comportamiento de las células de la piel humana. La aparición rápida de tales características superficiales durante el crecimiento celular puede imitar las condiciones dinámicas experimentadas durante el desarrollo y reparación del tejido (p. Ej., en la cicatrización de heridas y el recrecimiento de nervios). Crédito:Jason Shear / Universidad de Texas en Austin.
De "Viaje fantástico" a "Mi villano favorito, "Los rayos retráctiles han sido un elemento básico de ciencia ficción en la pantalla. Ahora, los químicos de la Universidad de Texas en Austin han desarrollado un rayo retráctil real que puede cambiar el tamaño y la forma de un bloque de material similar a un gel mientras las células humanas o bacterianas crecen en Esta nueva herramienta es prometedora para los investigadores biomédicos, incluidos aquellos que buscan arrojar luz sobre cómo cultivar tejidos y órganos de reemplazo para implantes.
"Comprender, y en el futuro ingeniero, la forma en que las células responden a las propiedades físicas de su entorno, desea tener materiales que se puedan remodelar dinámicamente, "dijo Jason B. Shear, profesor de química y co-inventor de la nueva herramienta.
El trabajo se publicó hoy en línea en la Revista de la Sociedad Química Estadounidense .
El poder real de encoger el material utilizado para hacer crecer las células, llamado sustrato, no consiste tanto en hacerlo más pequeño como en cambiar selectivamente la forma y textura de la superficie. Controlando con precisión qué partes del interior del material se encogen, los investigadores pueden crear características tridimensionales específicas en la superficie, incluidas protuberancias, ranuras y anillos. Es como pellizcar una alfombra desde abajo para formar picos y valles en la superficie.
Los investigadores también pueden cambiar la ubicación y las formas de las características de la superficie a medida que pasa el tiempo. por ejemplo, convertir una montaña en un grano de arena o incluso en un sumidero, imitando la naturaleza dinámica del entorno en el que normalmente viven las células, crecer y moverse.
La exposición dirigida al nuevo "rayo retráctil" reduce selectivamente las almohadillas proteicas en forma de gel en las esquinas y la posición media de una disposición de tic-tac-toe. Cada almohadilla tiene aproximadamente el tamaño de una célula humana. Crédito:Jason Shear / Universidad de Texas en Austin.
El rayo retráctil es un láser de infrarrojo cercano que se puede enfocar en pequeños puntos dentro del sustrato. El sustrato se ve y se comporta un poco como un bloque de gelatina. A nivel microscópico, está hecho de proteínas mezcladas y entrelazadas como un montón de hilo. Cuando el láser golpea un punto dentro del sustrato, se forman nuevos enlaces químicos entre las proteínas, atrayéndolos con más fuerza, un cambio que también altera la forma de la superficie a medida que se tira desde abajo. Los investigadores escanean el láser a través de una serie de puntos dentro del sustrato para crear cualquier contorno de superficie deseado en cualquier lugar en relación con las células objetivo.
A diferencia de otros métodos para alterar el sustrato debajo de las células vivas, el rayo retráctil de UT Austin no calienta ni altera químicamente la superficie, dañan las células vivas o hacen que las células se despeguen de la superficie. Y permite la formación de cualquier patrón 3D bajo demanda mientras se observan las células en crecimiento a través de un microscopio.
Los planes inmediatos de los investigadores de UT Austin son utilizar la herramienta para investigar cuestiones científicas fundamentales que rodean el crecimiento y la migración celular, esfuerzos que podrían permitir diversas aplicaciones médicas futuras. Por ejemplo, el enfoque puede conducir a materiales y procedimientos que promuevan la cicatrización de heridas o el recrecimiento de nervios, o ayudar a crecer e implantar con éxito tejidos de reemplazo, como la piel o las válvulas cardíacas.
"Para que los tejidos crezcan en un plato que sea eficaz una vez implantado, primero tenemos que entender, luego imitar mejor el entorno en el que normalmente se desarrollan en nuestros propios cuerpos, "dijo Shear.
Otra aplicación potencial sería en la investigación básica sobre cómo la topografía de una superficie afecta la formación de peligrosas colonias bacterianas llamadas biopelículas. Biopelículas microbianas:densas, Esteras pegajosas de bacterias que se forman en los equipos médicos y pueden provocar infecciones difíciles de tratar, contribuyen a las infecciones transmitidas por hospitales en hasta 1 millón de personas en los Estados Unidos anualmente. Si los científicos pueden comprender mejor qué características topográficas impiden la formación de biopelículas, y cómo las características que cambian con el tiempo pueden influir en el proceso, podrían desarrollar recubrimientos para dispositivos biomédicos que bloqueen su formación y prevengan infecciones difíciles de tratar.
