Los ingenieros del MIT han diseñado nanopartículas de proteínas magnéticas que pueden usarse para rastrear células o para monitorear interacciones dentro de las células. Las partículas, descrito hoy en Comunicaciones de la naturaleza , son una versión mejorada de un producto natural, proteína débilmente magnética llamada ferritina.

"Ferritina, que es lo más cercano que nos ha dado la biología a una nanopartícula de proteína magnética natural, realmente no es tan magnético. Eso es lo que aborda este documento, "dice Alan Jasanoff, profesor de ingeniería biológica del MIT y autor principal del artículo. "Utilizamos las herramientas de la ingeniería de proteínas para intentar potenciar las características magnéticas de esta proteína".

Las nuevas nanopartículas de proteínas "hipermagnéticas" se pueden producir dentro de las células, permitiendo que las células se obtengan imágenes o se clasifiquen utilizando técnicas magnéticas. Esto elimina la necesidad de etiquetar las células con partículas sintéticas y permite que las partículas detecten otras moléculas dentro de las células.

El autor principal del artículo es el ex estudiante graduado del MIT Yuri Matsumoto. Otros autores son el estudiante de posgrado Ritchie Chen y Polina Anikeeva, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales.

Tirón magnético

Investigaciones anteriores han producido partículas magnéticas sintéticas para obtener imágenes o rastrear células, pero puede resultar difícil introducir estas partículas en las células diana.

En el nuevo estudio, Jasanoff y sus colegas se propusieron crear partículas magnéticas codificadas genéticamente. Con este enfoque, los investigadores entregan un gen para una proteína magnética en las células diana, incitándolos a comenzar a producir la proteína por sí mismos.

"En lugar de fabricar una nanopartícula en el laboratorio y unirla a las células o inyectarla en las células, todo lo que tenemos que hacer es introducir un gen que codifique esta proteína, "dice Jasanoff, quien también es miembro asociado del Instituto McGovern de Investigación del Cerebro del MIT.

Como punto de partida, los investigadores usaron ferritina, que lleva un suministro de átomos de hierro que toda célula necesita como componentes de las enzimas metabólicas. Con la esperanza de crear una versión más magnética de ferritina, los investigadores crearon alrededor de 10 millones de variantes y las probaron en células de levadura.

Después de repetidas rondas de selección, los investigadores utilizaron uno de los candidatos más prometedores para crear un sensor magnético que consiste en ferritina mejorada modificada con una etiqueta de proteína que se une con otra proteína llamada estreptavidina. Esto les permitió detectar si la estreptavidina estaba presente en las células de levadura; sin embargo, este enfoque también podría adaptarse para enfocarse en otras interacciones.

La proteína mutada parece superar con éxito una de las deficiencias clave de la ferritina natural, que es que es dificil cargar con hierro, dice Alan Koretsky, investigador principal del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares.

"Ser capaz de hacer más indicadores magnéticos para resonancia magnética sería fabuloso, y este es un paso importante para hacer que ese tipo de indicador sea más robusto, "dice Koretsky, que no formaba parte del equipo de investigación.

Detección de señales de células

Debido a que las ferritinas modificadas genéticamente están codificadas se pueden fabricar dentro de células que están programadas para hacerlas responder solo bajo ciertas circunstancias, como cuando la celda recibe algún tipo de señal externa, cuando se divide, o cuando se diferencia en otro tipo de célula. Los investigadores podrían rastrear esta actividad utilizando imágenes de resonancia magnética (IRM), potencialmente permitiéndoles observar la comunicación entre neuronas, activación de células inmunes, o diferenciación de células madre, entre otros fenómenos.

Dichos sensores también podrían usarse para monitorear la efectividad de las terapias con células madre, Dice Jasanoff.

"A medida que se desarrollan las terapias con células madre, será necesario contar con herramientas no invasivas que te permitan medirlas, ", dice. Sin este tipo de seguimiento, Sería difícil determinar qué efecto está teniendo el tratamiento, o por qué podría no estar funcionando.

Los investigadores ahora están trabajando para adaptar los sensores magnéticos para que funcionen en células de mamíferos. También están tratando de hacer que la ferritina manipulada sea aún más magnética.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.