Imagen de microscopio óptico de una celda HeLa que contiene varios nanomotores de oro y rutenio. Las flechas indican las trayectorias de los nanomotores, y la línea blanca continua muestra propulsión. Cerca del centro de la imagen, gira un huso de varios nanomotores. Recuadro:Micrografía electrónica de un nanomotor de oro y rutenio. La dispersión de ondas sonoras de los dos extremos produce propulsión. Crédito:laboratorio Mallouk, Universidad Penn State
Por primera vez, un equipo de químicos e ingenieros de la Universidad de Penn State ha colocado pequeños motores sintéticos dentro de células humanas vivas, los impulsó con ondas ultrasónicas y los dirigió magnéticamente. No es exactamente "Viaje fantástico, "pero está cerca. Los nanomotores, que son partículas metálicas en forma de cohete, moverse dentro de las celdas, girando y golpeando contra la membrana celular.
"A medida que estos nanomotores se mueven y chocan contra estructuras dentro de las células, las células vivas muestran respuestas mecánicas internas que nadie ha visto antes, "dijo Tom Mallouk, Profesor Evan Pugh de Química y Física de Materiales en Penn State. "Esta investigación es una demostración vívida de que puede ser posible utilizar nanomotores sintéticos para estudiar la biología celular de nuevas formas. Podríamos utilizar nanomotores para tratar el cáncer y otras enfermedades mediante la manipulación mecánica de las células desde el interior. Los nanomotores podrían realizar cirugía intracelular y administran fármacos de forma no invasiva a los tejidos vivos ".
Los hallazgos de los investigadores se publicarán en Edición internacional Angewandte Chemie el 10 de febrero de 2014. Además de Mallouk, los coautores incluyen a los investigadores de Penn State Wei Wang, Sixing Li, Suzanne Ahmed, y Tony Jun Huang, así como Lamar Mair de Weinberg Medical Physics en Maryland U.S.A.
Hasta ahora, Mallouk dijo:Los nanomotores se han estudiado solo "in vitro" en un aparato de laboratorio, no en células humanas vivas. Los nanomotores alimentados químicamente fueron desarrollados por primera vez hace diez años en Penn State por un equipo que incluía al químico Ayusman Sen y al físico Vincent Crespi. además de Mallouk. "Nuestros motores de primera generación requerían combustibles tóxicos y no se moverían en fluidos biológicos, así que no pudimos estudiarlos en células humanas, ", Dijo Mallouk." Esa limitación fue un problema grave ". Cuando Mallouk y el físico francés Mauricio Hoyos descubrieron que los nanomotores podían funcionar con ondas ultrasónicas, la puerta estaba abierta para estudiar los motores en los sistemas vivos.
Por sus experimentos, el equipo usa células HeLa, una línea inmortal de células de cáncer de cuello uterino humano que normalmente se utiliza en estudios de investigación. Estas células ingieren los nanomotores, que luego se mueven dentro del tejido celular, alimentado por ondas ultrasónicas. A baja potencia ultrasónica, Mallouk explicó, los nanomotores tienen poco efecto sobre las células. Pero cuando aumenta el poder, los nanomotores entran en acción, moverse y chocar con orgánulos, estructuras dentro de una célula que realizan funciones específicas. Los nanomotores pueden actuar como batidores de huevos para homogeneizar esencialmente el contenido de la célula, o pueden actuar como arietes para perforar la membrana celular.
Mientras que los pulsos de ultrasonido controlan si los nanomotores giran o si avanzan, los investigadores pueden controlar aún más los motores dirigiéndolos, utilizando fuerzas magnéticas. Mallouk y sus colegas también descubrieron que los nanomotores pueden moverse de forma autónoma, independientemente unos de otros, una capacidad que es importante para aplicaciones futuras. "El movimiento autónomo podría ayudar a los nanomotores a destruir selectivamente las células que los engullen, ", Dijo Mallouk." Si quieres que estos motores busquen y destruyan las células cancerosas, por ejemplo, es mejor que se muevan de forma independiente. No quieres que una gran masa de ellos vaya en una dirección ".
