(PhysOrg.com) - Imagine poder dejar caer un palillo en la cabeza de una persona en particular que se encuentre entre 100, 000 personas en un estadio. Suena imposible sin embargo, este grado de precisión a nivel celular ha sido demostrado por investigadores afiliados al Instituto de NanoBioTechnology de la Universidad Johns Hopkins. Su estudio fue publicado en línea en junio en Nanotecnología de la naturaleza .

El equipo utilizó campos eléctricos precisos como "pinzas" para guiar y colocar nanocables de oro, cada uno tiene aproximadamente una centésima parte del tamaño de una celda, en lugares predeterminados, cada uno en una sola celda. Las moléculas que recubren las superficies de los nanocables desencadenaron una cascada bioquímica de acciones solo en la celda donde tocaba el cable. sin afectar a otras células cercanas. Los investigadores dicen que esta técnica podría conducir a mejores formas de estudiar células individuales o incluso partes celulares. y eventualmente podría producir nuevos métodos de administración de medicamentos.

En efecto, las técnicas que no dependen de esta nueva tecnología basada en nanocables tampoco son muy precisas, que conduce a la estimulación de múltiples células, o requieren complejas alteraciones bioquímicas de las células.

Con la nueva técnica, los investigadores pueden, por ejemplo, células diana que tienen propiedades cancerosas (mayor tasa de división celular o morfología anormal), mientras perdonan a sus vecinos sanos.

"Uno de los mayores desafíos de la biología celular es la capacidad de manipular el entorno celular de la manera más precisa posible, "dijo el investigador principal Andre Levchenko, profesor asociado de ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería Whiting de Johns Hopkins. En estudios anteriores, Levchenko ha utilizado dispositivos de microfluidos o de laboratorio en un chip para manipular el comportamiento celular. Pero, él dijo, Los métodos de laboratorio en un chip no son tan precisos como les gustaría a los investigadores. "En chips de microfluidos, si altera el entorno celular, afecta a todas las células al mismo tiempo, " él dijo.

Este no es el caso de los nanocables de oro, que son cilindros metálicos de unos cientos de nanómetros o menos de diámetro. Así como el espectador deportivo desprevenido sentiría solo un ligero toque de un palillo que cae sobre la cabeza, la célula reacciona solo a las moléculas liberadas por el nanoalambre en un lugar muy preciso donde el cable toca la superficie de la célula.

Con contribuciones de Chia-Ling Chien, profesor de física y astronomía en la Escuela de Artes y Ciencias Krieger, y Robert Cammarata, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Whiting School, el equipo desarrolló nanocables recubiertos con una molécula llamada factor de necrosis tumoral alfa (TNF-alfa), una sustancia liberada por macrófagos devoradores de patógenos, comúnmente llamados glóbulos blancos. Bajo ciertas condiciones celulares, la presencia de TNF-alfa hace que las células activen genes que ayudan a combatir las infecciones, pero el TNF-alfa también es capaz de bloquear el crecimiento tumoral y detener la replicación viral.

Exposición a demasiado TNF-alfa, sin embargo, hace que un organismo entre en un estado potencialmente letal llamado choque séptico, Dijo Levchenko.

Afortunadamente, El TNF-alfa permanece en su sitio una vez que se libera del cable a la superficie celular, y debido a que el efecto de TNF-alfa está localizado, la pequeña cantidad entregada por el cable es suficiente para desencadenar la respuesta celular deseada. Algo parecido sucede cuando el TNF-alfa es excretado por un glóbulo blanco.

Adicionalmente, el recubrimiento de TNF-alfa le da al nanoalambre una carga negativa, facilitando la maniobra del cable a través de los dos campos eléctricos perpendiculares del dispositivo "pinza", una técnica desarrollada por Donglei Fan como parte de su investigación doctoral de Johns Hopkins en ciencia e ingeniería de materiales.

"Las pinzas eléctricas se desarrollaron inicialmente para ensamblar, transportar y rotar nanocables en solución, “Dijo Cammarata.” Donglei luego mostró cómo usar las pinzas para producir matrices de nanocables con patrones, así como construir nanomotores y nano-osciladores. Este nuevo trabajo con el grupo del Dr. Levchenko demuestra cuán extremadamente versátil es esta técnica ".

Para probar el sistema, el equipo cultivó células de cáncer de cuello uterino en un plato. Luego, utilizando campos eléctricos perpendiculares entre sí, pudieron colocar los nanocables en un lugar preestablecido y dejarlos caer en un lugar preciso. "De este modo, podemos predeterminar la ruta que viajarán los cables y entregar una carga útil molecular a una sola celda entre muchas, e incluso a una parte específica de la celda, "Dijo Levchenko.

Durante el curso de este estudio, El equipo también estableció que el efecto deseado generado por el TNF-alfa entregado por nanocables era similar al experimentado por una célula en un organismo vivo.

Los miembros del equipo visualizan muchas posibilidades para este método de suministro de moléculas subcelulares.

"Por ejemplo, Hay muchas otras formas de desencadenar la liberación de la molécula de los cables:liberación de fotos, liberación química, liberación de temperatura. Es más, uno podría unir muchas moléculas a los nanocables al mismo tiempo, ", Dijo Levchenko. Añadió que los nanocables se pueden hacer mucho más pequeños, pero dijo que para este estudio los cables se hicieron lo suficientemente grandes para verlos con microscopía óptica.

Por último, Levchenko considera que los nanocables se convertirán en una herramienta útil para la investigación básica.

"Con estos cables, intentamos imitar la forma en que las células se comunican entre sí, ", dijo." Podrían ser una herramienta maravillosa que podría usarse en investigación fundamental o aplicada ". Las aplicaciones de administración de fármacos podrían estar mucho más lejos. Sin embargo,

Levchenko dijo:"Si los cables retienen su carga negativa, los campos eléctricos podrían usarse para manipular y maniobrar su posición en el tejido vivo ".