Las nanopartículas de oro en una membrana lipídica se pueden acoplar a biomoléculas para el estudio de funciones celulares específicas. Aquí se han acoplado nanopartículas de oro a biotina (vitamina B7), que juega un papel esencial en el crecimiento celular. Crédito:Groves, et. Alabama
(PhysOrg.com) - El fútbol a menudo se ha llamado "un juego de pulgadas, "Pero la biología es un juego de nanómetros, donde las diferencias espaciales de solo unos pocos nanómetros pueden determinar el destino de una célula, ya sea que viva o muera, permanece normal o se vuelve canceroso. Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han desarrollado una nueva y mejor forma de estudiar el impacto de los patrones espaciales en las células vivas.
El químico de Berkeley Lab, Jay Groves, dirigió un estudio en el que membranas artificiales formadas por una bicapa fluida de moléculas lipídicas se incrustaban con matrices fijas de nanopartículas de oro para controlar el espaciamiento de proteínas y otras moléculas celulares colocadas en las membranas. Esto brindó a los investigadores una oportunidad sin precedentes para estudiar cómo los patrones espaciales de propiedades químicas y físicas en las superficies de las membranas influyen en el comportamiento de las células.
“Las nanopartículas de oro son similares al tamaño de una sola molécula de proteína, lo que nos lleva a una escala a la que no podíamos acceder antes, ”Dice Groves. “Como primer ejemplo de una plataforma de membrana biológica que combina nanopatrones fijos con la movilidad de las bicapas de lípidos fluidos, nuestra técnica representa una mejora importante con respecto a los métodos de creación de patrones anteriores ".
El esquema muestra matrices de nanopartículas de oro incrustadas en una membrana de bicapa lipídica soportada y luego marcadas selectivamente con propiedades químicas de superficie específicas para estudiar las células vivas que están unidas a las nanopartículas y / o bicapa lipídica. Crédito:Groves, et. Alabama
Groves tiene nombramientos conjuntos con la División de Biociencias Físicas de Berkeley Lab y el Departamento de Química de Berkeley de la Universidad de California (UC). y es investigador del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI). Es el autor correspondiente de un artículo que reporta estos resultados en la revista. Nano letras . El documento se titula "Membranas compatibles incrustadas con matrices fijas de nanopartículas de oro".
El modelado espacial de las propiedades químicas y físicas en las membranas artificiales de las bicapas lipídicas es una forma probada en el tiempo de estudiar el comportamiento de las células biológicas cultivadas. Las membranas de bicapa de lípidos naturales rodean prácticamente todas las células vivas, así como muchas de las estructuras dentro de la célula, incluido el núcleo. Estas membranas proporcionan una barrera que restringe el movimiento de proteínas y otras moléculas celulares, encerrarlos en sus ubicaciones adecuadas y evitar que se muevan a áreas a las que no pertenecen. Los esfuerzos anteriores de creación de patrones espaciales en membranas artificiales se han realizado sobre la base de todo o nada:las proteínas colocadas en una membrana tenían movilidad completa o estaban fijadas en una posición estática.
"El patrón inmóvil derrota intrínsecamente cualquier proceso celular que involucre naturalmente movimiento, ”Dice Groves. "Por otro lado, necesitamos poder imponer algunas barreras fijas para manipular las membranas de formas realmente novedosas".
Groves es un líder reconocido en el desarrollo de membranas sintéticas “soportadas” únicas que se construyen a partir de lípidos y se ensamblan sobre un sustrato de sílice sólida. Él y su grupo han utilizado estas membranas con soporte para demostrar que las células vivas no solo interactúan con su entorno a través de señales químicas sino también a través de la fuerza física.
“Llamamos a nuestro enfoque la estrategia de mutación espacial porque las moléculas en una célula se pueden reorganizar espacialmente sin alterar la célula de ninguna otra manera, ”, Dice.
Sin embargo, hasta ahora Groves y su grupo no pudieron llegar a las escalas de longitud de decenas de nanómetros que ahora pueden alcanzar al incrustar sus membranas soportadas con nanopartículas de oro.
“Nuestras nuevas membranas proporcionan una interfaz híbrida que consta de componentes móviles e inmóviles con geometría controlada, ”Dice Groves. “Las proteínas u otras moléculas celulares se pueden asociar con el componente lipídico líquido, el componente de nanopartículas fijas, o ambos ".
Las matrices de nanopartículas de oro se modelaron a través de un proceso de autoensamblaje que proporciona un espaciado controlable entre las partículas en la matriz en el importante rango de 50 a 150 nanómetros. Las propias nanopartículas de oro miden entre cinco y siete nanómetros de diámetro.
Groves y su equipo probaron con éxito sus membranas híbridas en una línea de células de cáncer de mama conocida como MDA-MB-231 que es altamente invasiva. Con sus membranas híbridas, el equipo demostró que en ausencia de moléculas de adhesión celular, la membrana permaneció esencialmente libre de células cancerosas, pero cuando tanto las nanopartículas como el lípido se funcionalizaron con moléculas que promueven la adhesión celular, las células cancerosas se encontraron por toda la superficie.
Groves y su grupo de investigación ahora están usando sus membranas de nanopartículas de oro para estudiar tanto la metástasis del cáncer como la inmunología de las células T. Esperan informar sus resultados pronto.
