(Phys.org) —Utilizando grupos de diminutas partículas magnéticas de aproximadamente 1, 000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano, Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Henry Samueli de UCLA han demostrado que pueden manipular cómo se dividen miles de células, morph y desarrollar extensiones en forma de dedos.

Esta nueva herramienta podría usarse en biología del desarrollo para comprender cómo se desarrollan los tejidos, o en la investigación del cáncer para descubrir cómo las células cancerosas se mueven e invaden los tejidos circundantes, dijeron los investigadores.

Los hallazgos del equipo de UCLA se publicaron en línea el 14 de octubre en la revista Métodos de la naturaleza .

Una célula puede considerarse una máquina biológica compleja que recibe una variedad de "entradas" y produce "salidas" específicas, "como el crecimiento, movimiento, división o producción de moléculas. Más allá del tipo de entrada, las celdas son extremadamente sensibles a la ubicación de una entrada, en parte porque las células realizan "multiplexación espacial, "reutilizando las mismas señales bioquímicas básicas para diferentes funciones en diferentes lugares dentro de la célula.

Comprender esta localización de señales es particularmente desafiante porque los científicos carecen de herramientas con suficiente resolución y control para funcionar dentro del entorno en miniatura de una célula. Y cualquier herramienta utilizable tendría que ser capaz de perturbar simultáneamente muchas células con características similares para lograr una distribución precisa de las respuestas. ya que las respuestas de las células individuales pueden variar.

Para abordar este problema, un equipo interdisciplinario de UCLA que incluía al profesor asociado de bioingeniería Dino Di Carlo, el erudito postdoctoral Peter Tseng y el profesor de ingeniería eléctrica Jack Judy desarrollaron una plataforma para manipular con precisión nanopartículas magnéticas dentro de células de forma uniforme. Estas nanopartículas produjeron una señal mecánica local y dieron distintas respuestas de las células.

Al determinar las respuestas de miles de células individuales con la misma forma a los estímulos locales inducidos por nanopartículas, los investigadores pudieron realizar un promedio automático de la respuesta de las células.

Para lograr esta plataforma, El equipo primero tuvo que superar el desafío de mover partículas tan pequeñas (cada una mide 100 nanómetros) a través del interior viscoso de una célula una vez que las células las engullen. Utilizando tecnologías ferromagnéticas, que permiten que los materiales magnéticos se "enciendan" y "apaguen", “El equipo desarrolló un enfoque para incrustar una cuadrícula de pequeños bloques ferromagnéticos dentro de un portaobjetos de vidrio microfabricado y para colocar con precisión células individuales cerca de estos bloques con un patrón de proteínas que se adhieren a las células.

Cuando se aplica un campo magnético externo a este sistema, los bloques ferromagnéticos se "encienden" y, por lo tanto, pueden tirar de las nanopartículas dentro de las células en direcciones específicas y alinearlas uniformemente. Luego, los investigadores pudieron dar forma y controlar las fuerzas en miles de células al mismo tiempo.

Usando esta plataforma, el equipo demostró que las células respondían a esta fuerza local de varias formas, incluso en la forma en que se dividieron. Cuando las células pasan por el proceso de replicación para crear dos células, el eje de división depende de la forma de la celda y de los puntos de anclaje por los cuales la celda se sujeta a la superficie. Los investigadores encontraron que la fuerza inducida por las nanopartículas podría cambiar el eje de la división celular, de modo que las células, en cambio, se dividieran a lo largo de la dirección de la fuerza.

Los investigadores dijeron que esta sensibilidad a la fuerza puede arrojar luz sobre la intrincada formación y estiramiento de los tejidos durante el desarrollo embrionario. Además de dirigir el eje de división, encontraron que la fuerza local inducida por nanopartículas también condujo a la activación de un programa biológico en el que las células generan filopodios, que son como dedos, Extensiones ricas en actina que las células utilizan a menudo para encontrar sitios a los que adherirse y que ayudan en el movimiento.

Di Carlo, el investigador principal de la investigación, prevé que la técnica pueda aplicarse más allá del control de los estímulos mecánicos en las células.

"Las nanopartículas se pueden recubrir con una variedad de moléculas que son importantes en la señalización celular, ", dijo." Ahora deberíamos tener una herramienta para investigar cuantitativamente cómo la ubicación precisa de las moléculas en una célula produce un comportamiento específico ". Esta es una pieza clave que falta en nuestro conjunto de herramientas para comprender los programas de células y para que las células de ingeniería realicen funciones útiles ".