Los investigadores de ingeniería de la Universidad de Toronto han construido un conjunto de 'pinzas' magnéticas que pueden colocar una cuenta a nanoescala dentro de una célula humana en tres dimensiones con una precisión sin precedentes. El nano-bot ya se ha utilizado para estudiar las propiedades de las células cancerosas, y podría señalar el camino hacia un mejor diagnóstico y tratamiento.

El profesor Yu Sun y su equipo han estado construyendo robots que pueden manipular células individuales durante dos décadas. Sus creaciones tienen la capacidad de manipular y medir células individuales, lo que resulta útil en procedimientos como la fertilización in vitro y la medicina personalizada. Su último estudio, publicado hoy en Ciencia Robótica , lleva la tecnología un paso más allá.

"Hasta aquí, nuestro robot ha estado explorando fuera de un edificio, tocando la pared de ladrillos, y tratando de averiguar qué está pasando adentro, ", dice Sun." Queríamos desplegar un robot en el edificio y sondear todas las habitaciones y estructuras ".

El equipo ha creado sistemas robóticos que pueden manipular estructuras subcelulares dentro de microscopios electrónicos, pero eso requiere liofilizar las células y cortarlas en rodajas diminutas. Para sondear células vivas, otros equipos han utilizado técnicas como el láser o la acústica.

"Las pinzas ópticas, que utilizan láseres para sondear las células, es un enfoque popular, "dice Xian Wang, el Ph.D. candidato que realizó la investigación. La tecnología fue galardonada con el Premio Nobel de Física 2018, pero Wang dice que la fuerza que puede generar no es lo suficientemente grande para la manipulación mecánica y la medición que él quería hacer.

"Puede intentar aumentar la potencia para generar una fuerza mayor, pero corre el riesgo de dañar los componentes subcelulares que está tratando de medir, "dice Wang.

El sistema que diseñó Wang utiliza seis bobinas magnéticas colocadas en diferentes planos alrededor de un cubreobjetos de microscopio sembrado con células cancerosas vivas. Sobre el cubreobjetos se coloca una perla de hierro magnético de unos 700 nanómetros de diámetro, unas 100 veces más pequeña que el grosor de un cabello humano. donde las células cancerosas lo absorben fácilmente dentro de sus membranas.

Una vez que la cuenta está dentro, Wang controla su posición utilizando retroalimentación en tiempo real de imágenes de microscopía confocal. Utiliza un algoritmo controlado por computadora para variar la corriente eléctrica a través de cada una de las bobinas, dando forma al campo magnético en tres dimensiones y persuadiendo a la perla en cualquier posición deseada dentro de la celda.

"Podemos controlar la posición dentro de un par de cientos de nanómetros por debajo del límite de movimiento browniano, ", dice Wang." Podemos ejercer fuerzas de un orden de magnitud mayor de lo que sería posible con láseres ".

En colaboración con la Dra. Helen McNeil y Yonit Tsatskis en Mount Sinai Hospital y el Dr. Sevan Hopyan en The Hospital for Sick Children (SickKids), el equipo usó su sistema robótico para estudiar las células cancerosas de vejiga en etapa temprana y etapa posterior.

Estudios previos sobre núcleos celulares requirieron su extracción de células. Wang y Sun midieron los núcleos celulares en células intactas sin la necesidad de romper la membrana celular o el citoesqueleto. Pudieron demostrar que el núcleo no es igualmente rígido en todas las direcciones.

"Es un poco como una pelota de fútbol en forma:mecánicamente, es más rígido a lo largo de un eje que en el otro, ", dice Sun." No lo habríamos sabido sin esta nueva técnica ".

También pudieron medir exactamente cuánto más rígido se puso el núcleo cuando se lo pinchaba repetidamente, y determinar qué proteína o proteínas celulares pueden desempeñar un papel en el control de esta respuesta. Este conocimiento podría señalar el camino hacia nuevos métodos de diagnóstico del cáncer.

"Sabemos que en las células de la etapa posterior, la respuesta de endurecimiento no es tan fuerte, "dice Wang." En situaciones en las que las células cancerosas en etapa temprana y las células en etapa tardía no se ven muy diferentes morfológicamente, esto proporciona otra forma de diferenciarlos ".

Según Sun, la investigación podría ir aún más lejos.

"Podrías imaginarte traer enjambres enteros de estos nano-bots, y usarlos para matar de hambre a un tumor bloqueando los vasos sanguíneos en el tumor, o destruirlo directamente mediante ablación mecánica, ", dice Sun". Esto ofrecería una forma de tratar los cánceres que son resistentes a la quimioterapia, radioterapia e inmunoterapia ".

Estas aplicaciones aún están muy lejos de su implementación clínica, pero Sun y su equipo están entusiasmados con esta dirección de investigación. Ya están en proceso de los primeros experimentos con animales con el Dr. Xi Huang en SickKids.

"Todavía no es un viaje fantástico, " él dice, refiriéndose a la película de ciencia ficción de 1966. "Pero hemos logrado una precisión sin precedentes en el control de la posición y la fuerza. Eso es una gran parte de lo que necesitamos para llegar allí, ¡así que estad atentos!"