(PhysOrg.com) - Los bioingenieros de la Universidad de Duke no solo han descubierto una manera de infiltrar espías moleculares a través de las paredes de las células individuales, ahora pueden introducirlos en el centro de comando, o núcleo, de esas células, donde pueden reportar información importante o dejar cargas útiles.

Usando nanopartículas de plata envueltas en una proteína del virus del VIH que tiene una extraña habilidad para penetrar en las células humanas, los científicos han demostrado que pueden entrar en el funcionamiento interno del núcleo y detectar señales de luz sutiles del "espía".

Para que estos nanoespías sean efectivos, no solo necesitan atravesar la primera línea de defensa de la célula, la pared celular, sino que deben poder ingresar al núcleo.

El objetivo final es poder detectar el momento más temprano posible cuando el material genético dentro de una célula comienza a volverse anormal. que conduce a una serie de trastornos, especialmente cáncer.

El hallazgo también muestra cómo las drogas u otras cargas útiles podrían entregarse directamente al núcleo.

"Este nuevo método para ingresar y detectar exactamente lo que está sucediendo en el núcleo de la célula tiene claras ventajas sobre los métodos actuales, "dijo Molly Gregas, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Tuan Vo-Dinh, R. Eugene y Susie E. Goodson Profesor distinguido de Ingeniería Biomédica, profesor de química y director del Instituto Fitzpatrick de Fotónica en la Escuela de Ingeniería Pratt de Duke.

"La capacidad de colocar estas nanopartículas en el núcleo de una célula y recopilar información utilizando la luz tiene implicaciones potenciales para el tratamiento selectivo de enfermedades". ", Dijo Gregas." Prevemos que este enfoque también ayudará a los científicos básicos mientras tratan de comprender mejor lo que ocurre dentro del núcleo de una célula ".

Los investigadores de Duke informaron sus hallazgos en una serie de artículos, culminando en el último número de Nanomedicina , que se publicó en línea. La investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud.

Los investigadores acoplaron minúsculas partículas de plata, un metal que no es rechazado por las células y es un reflector de luz eficiente, con una pequeña porción de la proteína del VIH responsable de su capacidad altamente eficiente para ingresar a una célula y su núcleo. En este caso, los investigadores aprovecharon solo la capacidad del VIH para escabullirse de las defensas celulares, mientras elimina su capacidad para hacerse cargo de la maquinaria genética de la célula y causar enfermedades.

"Esta combinación aprovecha la pequeñez de la nanopartícula y las 'instrucciones de administración' de la proteína del VIH, "Gregas explicó." Una vez que podamos introducir esa nanopartícula en el núcleo, tenemos muchas opciones. Por ejemplo, podemos entregar algún tipo de carga útil y luego observar sus efectos dentro del núcleo ".

Ahí es donde entra en juego una técnica óptica de cuatro décadas conocida como dispersión Raman mejorada en la superficie (SERS). Se utiliza aquí como una técnica de imagen sensible para demostrar que las nanopartículas y sus cargas útiles entraron con éxito en el núcleo.

Cuando la luz, generalmente de un láser, se ilumina en una muestra, la molécula objetivo vibra y dispersa su propia luz única, a menudo denominado dispersión Raman. Sin embargo, esta respuesta Raman es extremadamente débil. Cuando la molécula objetivo se acopla con una nanopartícula de metal, la respuesta Raman se ve reforzada en gran medida por el efecto SERS, a menudo en más de un millón de veces, Dijo Vo-Dinh.

A principios de la década de 1980, mientras estaba en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee, Vo-Dinh y sus colegas fueron de los primeros en demostrar que el SERS podría utilizarse en la práctica para detectar productos químicos. incluidos los carcinógenos, contaminantes ambientales y marcadores tempranos de enfermedades. En Duke, Vo-Dinh está ampliando los límites de la tecnología SERS para la detección biomédica y la obtención de imágenes moleculares.

"Nuestro objetivo final es desarrollar un sistema de administración a nanoescala que pueda dejar su carga útil, en este caso nanopartículas con otros agentes adheridos, en una célula para mejorar la eficacia de un tratamiento farmacológico. "Vo-Dinh dijo." En teoría, podríamos "cargar" estas nanopartículas con muchas cosas que nos interesan, por ejemplo, una nanosensda para un gen del cáncer, e introducirla en el núcleo de una célula. Esto nos proporcionaría una señal de advertencia de la enfermedad en su etapa más temprana, permitiendo así un tratamiento más rápido y eficaz ".

Los experimentos actuales se realizaron con células vivas en el laboratorio. Los nuevos experimentos se centran en utilizar este enfoque en modelos animales para determinar cómo funciona en un sistema vivo complejo.