Las células dentro de nuestro cuerpo se dividen y cambian con el tiempo, con miles de reacciones químicas que ocurren dentro de cada célula diariamente. Esto dificulta que los científicos comprendan lo que está sucediendo en el interior. Ahora, Los diminutos nanobarros desarrollados por investigadores de Stanford ofrecen un método de muestreo del contenido de las células sin interrumpir sus procesos naturales.

Un problema con el método actual de muestreo celular, llamado lisis, es que rompe la celda. Una vez que se destruye la celda, no se puede volver a muestrear. Este nuevo sistema de muestreo se basa en pequeños tubos 600 veces más pequeños que un mechón de cabello que permiten a los investigadores tomar muestras de una sola célula a la vez. Las nanobarras penetran la membrana externa de una célula, sin dañarlo, y extraer proteínas y material genético del interior salado de la célula.

"Es como una extracción de sangre para la célula, "dijo Nicholas Melosh, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales y autor principal de un artículo que describe el trabajo publicado recientemente en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

Monitoreo no destructivo

La técnica de muestreo de nanostraw, según Melosh, afectará significativamente nuestra comprensión del desarrollo celular y podría conducir a terapias médicas mucho más seguras y efectivas porque la técnica permite a largo plazo, seguimiento no destructivo.

"Lo que esperamos hacer, usando esta tecnología, es observar cómo estas células cambian con el tiempo y poder inferir cómo las diferentes condiciones ambientales y los 'cócteles químicos' influyen en su desarrollo, para ayudar a optimizar el proceso de terapia, "Dijo Melosh.

Si los investigadores pueden comprender completamente cómo funciona una célula, luego, pueden desarrollar tratamientos que aborden esos procesos directamente. Por ejemplo, en el caso de las células madre, los investigadores están descubriendo formas de crecer órganos específicos del paciente. El truco es los científicos no saben realmente cómo se desarrollan las células madre.

"Para las células madre, sabemos que pueden convertirse en muchos otros tipos de células, pero no conocemos la evolución:cómo pasan de las células madre a decir, células cardíacas? Siempre hay un misterio. Esta técnica de muestreo nos dará una idea más clara de cómo se hace, "dijo Yuhong Cao, estudiante de posgrado y primer autor del artículo.

La técnica de muestreo también podría informar los tratamientos contra el cáncer y responder preguntas sobre por qué algunas células cancerosas son resistentes a la quimioterapia y otras no.

"Con quimioterapia, siempre hay células que son resistentes, "dijo Cao." Si podemos seguir el mecanismo intercelular de las células supervivientes, Podemos saber, genéticamente, su respuesta a la droga ".

Imitando la biología

La plataforma de muestreo en la que se cultivan las nanobarras es pequeña, del tamaño de una bola de chicle. Se llama sistema de muestreo Nanostraw Extraction (NEX), y fue diseñado para imitar la biología misma.

En nuestros cuerpos las células están conectadas por un sistema de "puertas" a través de las cuales se envían nutrientes y moléculas, como habitaciones en una casa conectadas por puertas. Estas puertas intercelulares, llamadas uniones de brecha, son lo que inspiró a Melosh hace seis años, cuando estaba tratando de determinar una forma no destructiva de administrar sustancias, como ADN o medicamentos, dentro de las celdas. El nuevo sistema de muestreo NEX es al revés, observar lo que está sucediendo en el interior en lugar de ofrecer algo nuevo.

"Es un momento muy emocionante para la nanotecnología, ", Dijo Melosh." Realmente estamos llegando a una escala en la que lo que podemos hacer de manera controlable es del mismo tamaño que los sistemas biológicos ".

Perfeccionamiento del sistema de muestreo de nanobarras

La construcción del sistema de muestreo NEX tardó años en perfeccionarse. Melosh y su equipo no solo necesitaban asegurarse de que el muestreo de células con este método fuera posible, necesitaban ver que las muestras eran en realidad una medida confiable del contenido celular, y que muestras, cuando se toma a lo largo del tiempo, se mantuvo constante.

Cuando el equipo comparó sus muestras de células del NEX con muestras de células tomadas rompiendo las células, encontraron que el 90 por ciento de las muestras eran congruentes. El equipo de Melosh también descubrió que cuando tomaban muestras de un grupo de células día tras día, ciertas moléculas que deberían estar presentes en niveles constantes permanecieron iguales, indicando que su muestreo reflejaba con precisión el interior de la celda.

Con la ayuda de los colaboradores Sergiu P. Pasca, profesor asistente de psiquiatría y ciencias del comportamiento, y Joseph Wu, profesor de radiología, Melosh y sus colaboradores probaron el método de muestreo NEX no solo con líneas celulares genéricas, pero también con tejido cardíaco humano y células cerebrales obtenidas a partir de células madre. En cada caso, el muestreo de nanobarras reflejó el mismo contenido celular que al lisar las células.

El objetivo de desarrollar esta tecnología, según Melosh, iba a tener un impacto en la biología médica al proporcionar una plataforma que cualquier laboratorio podría construir. Solo unos pocos laboratorios en todo el mundo, hasta aquí, están empleando nanobarras en la investigación celular, pero Melosh espera que ese número crezca dramáticamente.

"Queremos que tantas personas utilicen esta tecnología como sea posible, ", dijo." Estamos tratando de ayudar a que la ciencia y la tecnología avancen en beneficio de la humanidad ".