Investigadores de la Universidad de Duke han descubierto una forma de mejorar la eficacia y seguridad de la sonogenética o la modulación ultrasónica. técnicas emergentes que utilizan ondas sonoras para controlar el comportamiento de neuronas individuales o para promover el crecimiento de tejidos y la cicatrización de heridas en otras células.

La terapia ultrasónica a menudo utiliza ondas de ultrasonido dirigidas para crear burbujas de cavitación:pequeños globos de bolsas de aire que oscilan rápidamente que se estiran las membranas celulares cercanas cuando estallan. Este estiramiento puede activar los canales de iones de calcio, haciendo que una neurona se dispare, o puede indicar a los mecanismos de reparación del cuerpo que se pongan en marcha a toda marcha.

Si una burbuja es demasiado grande o está demasiado cerca, sin embargo, la técnica puede dañar o destruir las células cercanas. Si bien este puede ser el resultado deseado en aplicaciones como la terapia del cáncer, los investigadores de la ecogenética normalmente quieren evitar daños.

En un nuevo estudio, Los ingenieros biomédicos descubrieron que al unir perlas microscópicas a los receptores en la superficie de la célula, pueden producir el estiramiento celular de la técnica, Los efectos liberadores de calcio son mucho más seguros.

Los resultados aparecieron en línea la semana del 25 de diciembre. 2017 en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .

"Para que los canales iónicos y los poros de la membrana celular se abran, normalmente tienes que estirarlo muy fuerte y muy rápido, "dijo Pei Zhong, el Profesor Anderson-Rupp de Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales en Duke. "Pero descubrimos que unir microperlas a la superficie de la célula amplifica la respuesta de la célula durante la cavitación y produce el mismo resultado con mucho menos riesgo de daño celular".

Producido cuando una fuerza crea un vacío en el líquido, Las burbujas de cavitación pueden ser lo suficientemente potentes como para causar daños graves a las hélices de los barcos. Si bien las burbujas de cavitación creadas durante los procedimientos médicos no son tan fuertes, todavía pueden causar mucho daño. Y debido a su velocidad y aleatoriedad, es muy difícil estudiar sus efectos en las células cercanas.

El nuevo estudio es el primero en utilizar una plataforma experimental que el equipo de Zhong construyó en 2015 para estudiar la sonoporación que produce de manera confiable burbujas de cavitación en tándem exactamente en el mismo lugar cada vez. Al colocar diferentes tipos de células a varias distancias de las burbujas, los investigadores pueden comenzar a explorar los detalles de cómo responden las células.

Para el primer estudio de seguimiento para utilizar la plataforma, Zhong optó por observar las señales de calcio.

"La señalización de calcio regula muchas funciones celulares importantes, como la contracción muscular, comunicación neuronal, transcripción de genes y crecimiento de tejidos, "dijo Fenfang Li, becario de investigación postdoctoral en el laboratorio de Zhong y autor principal del estudio. "Estudios anteriores han demostrado que la ecogenética y la sonoporación provocan una respuesta de calcio, que puede hacer que las neuronas se activen o promuevan la curación en otras células, así que queríamos echar un vistazo más de cerca ".

Los resultados mostraron que las burbujas de cavitación en realidad producen dos tipos de respuestas de calcio:ondas lentas y ondas rápidas. Pero lo más interesante es El estudio mostró que las microperlas adheridas a la superficie de la célula pueden atrapar parte de la energía de las burbujas para que tiren de la superficie de la membrana. Esto proporciona una deformación más localizada y una respuesta de calcio más fuerte a partir de una onda más suave.

"Esta estrategia puede estimular las células a una distancia segura de las burbujas de cavitación, ", dijo Zhong." El enfoque debería hacer mucho más fácil para los investigadores el uso seguro de la sonogenética en terapias humanas ".