Los gusanos de un milímetro de largo que digieren una comida con nanopartículas de sus bacterias favoritas podrían eventualmente conducir a una nueva forma de ver las fuerzas celulares en juego dentro de nuestros propios cuerpos. incluidos procesos como la cicatrización de heridas y el crecimiento del cáncer.

La clave es que estas nanopartículas en particular brillan cuando son golpeadas por un láser de infrarrojo cercano y cambian de color según la presión que las rodea. Entonces, pueden emitir información en tiempo real sobre las fuerzas que están experimentando mientras aún están dentro del gusano.

"Las fuerzas alteradas a nivel celular subyacen a muchos trastornos, incluyendo enfermedades del corazón y cáncer, "dijo Jennifer Dionne, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en Stanford y uno de los investigadores principales de esta investigación. "Esta sería una lectura a nanoescala que podría usar in vitro o in vivo para detectar enfermedades en una etapa muy temprana".

Dionne se ha asociado con Miriam B. Goodman, profesor de fisiología molecular y celular, a través de una subvención de semillas de Stanford Bio-X, que se otorga específicamente para fomentar este tipo de asociaciones interdisciplinarias. Goodman estudia la mecánica de la sensación táctil en Caenorhabditis elegans, los gusanos que se alimentan de las nanopartículas de Dionne.

Observando a los gusanos digerir

Aunque el objetivo final del trabajo es detectar la fuerza en las células humanas, el equipo está probando su enfoque en estos gusanos apenas visibles porque, como en los humanos, la digestión en los gusanos implica rechinar y empujar mecánicos que pueden proporcionar información sobre cómo estas nanopartículas registran la fuerza celular.

"El color que emite cada nanopartícula cambia de rojo a naranja cuando hay una fuerza mecánica del orden de nanonewtons a micronewtons, un rango de fuerza que se cree que es muy relevante para las fuerzas intercelulares, "dijo Alice Lay, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Dionne que dirige los experimentos.

Después de estudiar gusanos sanos, el equipo introducirá mutaciones en la mezcla para discernir el papel de la expresión génica en las fuerzas celulares. Estas mutaciones permitirán al equipo comprender mejor los trastornos digestivos y relacionados, incluyendo reflujo ácido y formación de hernias.

De la comida para lombrices a la salud humana

Es posible que no queramos creer que tenemos mucho en común con los gusanos que comen bacterias, pero esta investigación podría influir en la forma en que estudiamos y entendemos el contacto humano. digestión, cáncer, cicatrización de la herida, división y diferenciación celular, y, probable, mucho más.

"Las fuerzas mecánicas juegan un papel importante en la determinación del destino y la función de una célula o de un órgano, "Dionne dijo." Por ejemplo, cada vez que nuestro corazón late, nuestros oídos oyen o una herida sana, las fuerzas celulares están involucradas ".

El pequeño tamaño de las nanopartículas significa que tienen el potencial de producir mapas de fuerza de muy alta resolución. proporcionando una ventana al empujar y tirar de y por las células en un nivel profundamente subcelular. Algún día, estas nanopartículas biocompatibles podrían ingerirse o inyectarse en una persona en un área específica, como en el sitio de una herida o sospecha de tumor. A través de la lectura de los colores emitidos por las nanopartículas, Los laboratorios podrían crear un mapa de fuerza que indique la actividad a escala fina de las células alrededor de esa área.

Agregando a la investigación anterior de Goodman sobre cómo las neuronas procesan la sensación del tacto, esta técnica también podría mejorar nuestra comprensión de las fuerzas involucradas en sentir el mundo que nos rodea. "Más detalles sobre cómo experimentamos el tacto podrían informar la traducción del tacto a sistemas no biológicos, como prótesis, "Dijo Goodman.

Hasta aquí, El laboratorio de Dionne ha hecho las nanopartículas, Los gusanos de Goodman se han comido con éxito el refrigerio de alta tecnología y los investigadores han tomado imágenes estáticas de las nanopartículas dentro de los gusanos. El siguiente paso es capturar la emisión dinámica de las nanopartículas a lo largo del tiempo, que revelará los cambios de fuerza que sufren las partículas durante la digestión.