Para estudiar ciertos aspectos de las células, los investigadores necesitan la capacidad de sacar las entrañas, manipularlos, y devuélvalos. Las opciones para este tipo de trabajo son limitadas, pero los investigadores que informaron el 10 de mayo en Metabolismo celular describen una "nanocuchilla" que puede cortar la membrana de una célula para insertar mitocondrias. Los investigadores han utilizado anteriormente esta tecnología para transferir otros materiales entre células y esperan comercializar la nanocuchilla para un uso más amplio en bioingeniería.

"Como nueva herramienta para la ingeniería celular, para diseñar verdaderamente células con fines de salud e investigación, Creo que esto es muy singular "dice Mike Teitell, patólogo y bioingeniero de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA). "No nos hemos encontrado con nada hasta ahora, hasta unas pocas micras de tamaño, que no podemos cumplir ".

Teitell y Pei-Yu "Eric" Chiou, también bioingeniero en UCLA, Concibió por primera vez la idea de una nanocuchilla hace varios años para transferir un núcleo de una célula a otra. Sin embargo, pronto profundizaron en la intersección de la biología de las células madre y el metabolismo energético, donde la tecnología podría usarse para manipular las mitocondrias de una célula. Estudiar los efectos de las mutaciones en el genoma mitocondrial, que puede causar enfermedades debilitantes o fatales en humanos, es complicado por varias razones.

"Existe un cuello de botella en el campo para modificar el ADN mitocondrial de una célula, "dice Teitell." Así que estamos trabajando en un proceso de dos pasos:editar el genoma mitocondrial fuera de una célula, y luego tomar esas mitocondrias manipuladas y volver a colocarlas en la célula. Todavía estamos trabajando en el primer paso pero el segundo lo hemos resuelto bastante bien ".

El aparato de nanocuchillas consta de un microscopio, láser, y micropipeta recubierta de titanio para actuar como la "hoja, "operado con un controlador de joystick. Cuando un pulso láser golpea el titanio, el metal se calienta, vaporizando las capas de agua circundantes en los medios de cultivo y formando una burbuja junto a una célula. En un microsegundo la burbuja se expande, generando una fuerza local que perfora la membrana celular y crea un pasaje de varios micrones de largo que la "carga", en este caso, mitocondrias:se pueden atravesar. Luego, la célula repara rápidamente el defecto de la membrana.

Teitell, Chiou, y su equipo utilizó la nanocuchilla para insertar mitocondrias etiquetadas de células de cáncer de mama humano y células renales embrionarias en células sin ADN mitocondrial. Cuando luego secuenciaron el ADN nuclear y mitocondrial, los investigadores vieron que las mitocondrias habían sido transferidas y replicadas con éxito por el 2% de las células, con una gama de funcionalidades. Otros métodos de transferencia mitocondrial son difíciles de controlar, y cuando se ha informado que trabajan, las tasas de éxito han sido de solo 0,0001% -0,5% según los investigadores.

"El éxito de la transferencia mitocondrial fue muy alentador, "dice Chiou." La aplicación más emocionante para la nanocuchilla, a mi, está en el estudio de mitocondrias y enfermedades infecciosas. Esta tecnología aporta nuevas capacidades para ayudar a avanzar en estos campos ".

Las aspiraciones del equipo también van mucho más allá de las mitocondrias, y ya han ampliado el aparato de nanocuchillas a una versión automatizada de alto rendimiento. "Queremos crear una plataforma que sea fácil de usar para todos y permitir a los investigadores idear cualquier cosa que se les ocurra de unas pocas micras o menos que sea útil para su investigación, ya sea insertando anticuerpos, patógenos, materiales sintéticos, o alguna otra cosa que no hayamos imaginado, ", dice Teitell." Sería genial permitir que la gente hiciera algo que no puede hacer en este momento ".