(Phys.org) —Los ingenieros químicos de la Universidad de Rice y los biofísicos de la Universidad Georg-August de Göttingen en Alemania y la Universidad VU de Ámsterdam en los Países Bajos han rastreado con éxito moléculas individuales dentro de las células vivas con nanotubos de carbono.

A través de este nuevo método, los investigadores encontraron que las células mueven su interior usando las mismas proteínas motoras que sirven en la contracción muscular.

El estudio, que arroja nueva luz sobre los mecanismos de transporte biológico en las células, aparece esta semana en Ciencias .

El equipo adjuntó nanotubos de carbono para transportar moléculas conocidas como motores de kinesina para visualizarlas y rastrearlas a medida que se movían a través del citoplasma de las células vivas.

"Me sorprende lo versátiles que son los nanotubos de carbono, "dijo el coautor Matteo Pasquali, un profesor de Rice de ingeniería química y biomolecular y de química. "Los usamos para una amplia gama de aplicaciones, desde la ingeniería de fibras conductoras hasta la obtención de imágenes en células ".

Los nanotubos de carbono son cilindros huecos de carbono puro con paredes de un átomo de espesor. Emiten fluorescencia de forma natural con longitudes de onda del infrarrojo cercano cuando se exponen a la luz visible, una propiedad descubierta en Rice por el profesor Rick Smalley hace una década y luego aprovechada por el profesor Bruce Weisman de Rice para obtener imágenes de nanotubos de carbono. Cuando se une a una molécula, Los nanotubos que hacen autostop sirven como pequeñas balizas que se pueden rastrear con precisión durante largos períodos de tiempo para investigar pequeños, movimientos aleatorios dentro de las células.

"Cualquier sonda que pueda enganchar a lo largo y ancho de la celda, áspero, barrio bajo luchar contra terribles adversidades, ganar y aún saber dónde está su proteína, es claramente una sonda a tener en cuenta, "dijo la autora principal Nikta Fakhri, parafraseando "La guía del autoestopista galáctico". Fakhri, quien obtuvo su doctorado en Rice en el laboratorio de Pasquali en 2011, es actualmente becario del Programa de Ciencias Human Frontier en Göttingen.

"De hecho, la estabilidad excepcional de estas sondas hizo posible observar movimientos intracelulares desde tiempos tan cortos como milisegundos hasta tan largos como horas, " ella dijo.

Para el transporte de larga distancia, como a lo largo de los axones largos de las células nerviosas, las células suelen emplear proteínas motoras unidas a vesículas lipídicas, los "contenedores de carga" de la celda. Este proceso implica una logística considerable:la carga debe embalarse, conectado a los motores y enviado en la dirección correcta.

"Esta investigación ha ayudado a descubrir un mecanismo de transporte mucho más simple dentro del interior de la celda, "dijo el investigador principal Christoph Schmidt, profesor de física en Gotinga. "Las células se mueven vigorosamente, muy parecido a como un químico aceleraría una reacción agitando un tubo de ensayo. Esto les ayudará a mover objetos en un entorno celular muy concurrido ".

Los investigadores demostraron que el mismo tipo de proteína motora que se usa para la contracción muscular es responsable de la agitación. Llegaron a esta conclusión después de exponer las células a fármacos que suprimían estas proteínas motoras específicas. Las pruebas mostraron que también se suprimió la agitación.

El citoesqueleto mecánico de las células consta de redes de filamentos de proteínas, como la actina. Dentro de la celda la proteína motora miosina forma haces que contraen activamente la red de actina durante períodos cortos. Los investigadores encontraron que el pellizco aleatorio de la red de actina elástica por muchos haces de miosina resultó en la agitación interna global de la célula. Tanto la actina como la miosina juegan un papel similar en la contracción muscular.

Las mediciones de alta precisión de las fluctuaciones internas en las células se explicaron en un modelo teórico desarrollado por el coautor de VU Fred MacKintosh, que utilizó las propiedades elásticas del citoesqueleto y las características de generación de fuerza de los motores.

"El nuevo descubrimiento no solo promueve nuestra comprensión de la dinámica celular, pero también apunta a posibilidades interesantes en el diseño de materiales técnicos 'activos', "dijo Fakhri, quien pronto se unirá a la facultad del Instituto de Tecnología de Massachusetts como profesor asistente de física. "Imagine un dispositivo biomédico microscópico que mezcla pequeñas muestras de sangre con reactivos para detectar enfermedades o filtros inteligentes que separan los materiales blandos de los rígidos".