Por primera vez, Los investigadores han encontrado una forma de inyectar una dosis precisa de un agente de terapia génica directamente en una sola célula viva sin necesidad de una aguja.

La técnica utiliza electricidad para "disparar" trozos de biomoléculas terapéuticas a través de un canal diminuto y dentro de una célula en una fracción de segundo.

L. James Lee y sus colegas de la Universidad Estatal de Ohio describen la técnica en la edición en línea de la revista. Nanotecnología de la naturaleza , donde informan haber insertado con éxito dosis específicas de un gen anticanceroso en células de leucemia individuales para matarlas.

Han denominado el método "electroporación de nanocanales, "o NEP.

"NEP nos permite investigar cómo los medicamentos y otras biomoléculas afectan la biología celular y las vías genéticas a un nivel que no se puede lograr con ninguna técnica existente, "dijo Lee, quien es la profesora Helen C. Kurtz de Ingeniería Química y Biomolecular y directora del Centro de Ingeniería y Ciencia a Nanoescala NSF para la Nanoingeniería Asequible de Dispositivos Biomédicos Poliméricos en el estado de Ohio.

Durante mucho tiempo ha habido formas de insertar cantidades aleatorias de biomaterial en grandes cantidades de células para la terapia génica. Y las agujas finas pueden inyectar cantidades específicas de material en células grandes. Pero la mayoría de las células humanas son demasiado pequeñas para que incluso las agujas más pequeñas sean de alguna utilidad.

La NEP soluciona el problema al suspender una célula dentro de un dispositivo electrónico con un depósito de agente terapéutico cerca. Los pulsos eléctricos empujan al agente fuera del depósito y a través de un canal de escala nanométrica (mil millonésima parte de un metro) en el dispositivo, a través de la pared celular, y dentro de la celda. Los investigadores controlan la dosis ajustando el número de pulsos y el ancho del canal.

En Nanotecnología de la naturaleza , explican cómo construyeron dispositivos prototipo utilizando sellos de polímero. Utilizaron hebras individuales de ADN como plantillas para los canales de tamaño nanométrico.

Lee inventó la técnica para desenrollar hebras de ADN y formar patrones precisos para que pudieran funcionar como cables en dispositivos médicos y electrónicos de base biológica. Pero para este estudio, Las hebras de ADN recubiertas de oro se estiraron entre dos depósitos y luego se grabaron, para dejar atrás un nanocanal de dimensiones precisas que conecta los depósitos dentro del dispositivo polimérico.

Los electrodos en los canales convierten el dispositivo en un circuito diminuto, y pulsos eléctricos de unos pocos cientos de voltios viajan desde el depósito con el agente terapéutico a través del nanocanal y hasta un segundo depósito con la célula. Esto crea un fuerte campo eléctrico en la salida del nanocanal, que interactúa con la carga eléctrica natural de la célula para forzar la apertura de un orificio en la membrana celular, uno lo suficientemente grande para administrar el agente, pero lo suficientemente pequeño como para no matar la celda.

En pruebas, pudieron insertar agentes en las células en tan solo unos pocos milisegundos, o milésimas de segundo.

Primero, etiquetaron trozos de ADN sintético con moléculas fluorescentes, y usó NEP para insertarlos en células inmunes humanas. Después de un solo pulso de 5 milisegundos, comenzaron a ver manchas de fluorescencia esparcidas dentro de las células. Probaron diferentes longitudes de pulso de hasta 60 milisegundos, que llenaron las células con fluorescencia.

Para probar si la NEP podría administrar agentes terapéuticos activos, insertaron trozos de ARN terapéutico en células leucémicas. Pulsos de tan solo 5 milisegundos entregaron suficiente ARN para matar algunas de las células. Los pulsos más largos, que se acercan a los 10 milisegundos, los mataron a casi todos. También insertaron algo de ARN inofensivo en otras células leucémicas para compararlas. y esas células vivieron.

En este momento, el proceso es el más adecuado para la investigación de laboratorio, Lee dijo, porque solo funciona en una celda o en varias celdas a la vez. Pero él y su equipo están trabajando en formas de inyectar muchas células simultáneamente. Actualmente están desarrollando un sistema mecánico de carga de células que inyectaría hasta 100, 000 células a la vez, lo que potencialmente haría posibles los diagnósticos y tratamientos clínicos.

"Esperamos que la NEP eventualmente se convierta en una herramienta para la detección y el tratamiento tempranos del cáncer, por ejemplo, insertar cantidades precisas de genes o proteínas en células madre o células inmunes para guiar su diferenciación y cambios, sin las preocupaciones de seguridad causadas por una sobredosis, y luego volver a colocar las células en el cuerpo para una terapia basada en células, "Agregó Lee.

Ve posibles aplicaciones para diagnosticar y tratar la leucemia, cáncer de pulmón, y otros tumores. Está trabajando con investigadores del Centro Integral de Cáncer del Estado de Ohio para explorar esas posibilidades.