En la imagen de portada de un próximo número de Pequeña , se aísla una sola célula de linfoma en el nuevo biosensor (2 magnificados, 700 veces). Crédito:EPFL
La innovadora tecnología de laboratorio en un chip que revela cómo se comunican las células humanas podría conducir a nuevos tratamientos para el cáncer y los trastornos autoinmunes.
Desarrollado por un equipo de investigación suizo-australiano, la tecnología ofrece a los investigadores conocimientos sin precedentes sobre cómo se comportan las células individuales, algo que los científicos están descubriendo que es mucho más complejo de lo que se pensaba anteriormente.
Los investigadores de la Universidad RMIT, École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) y el Instituto Ludwig para la Investigación del Cáncer en Lausana unieron fuerzas para construir un biosensor en miniatura que permite a los científicos aislar células individuales, analizarlos en tiempo real y observar su complejo comportamiento de señalización sin perturbar su entorno.
Distinguido profesor Arnan Mitchell, Director del Centro de Investigación MicroNano de RMIT, dijo que el análisis de células individuales era muy prometedor para el desarrollo de nuevos tratamientos para enfermedades, pero la falta de tecnologías de análisis efectivas estaba frenando la investigación en el campo.
"Sabemos mucho sobre cómo los grupos de células se comunican para combatir enfermedades o responder a infecciones, pero todavía tenemos mucho que aprender sobre las células individuales". "Dijo Mitchell.
"Los estudios han demostrado recientemente que se pueden tomar dos células del mismo tipo y darles el mismo tratamiento, pero responderán de manera muy diferente.
"No sabemos lo suficiente sobre los mecanismos subyacentes para comprender por qué sucede esto y no tenemos las tecnologías adecuadas para ayudar a los científicos a resolverlo.
"Nuestra solución a este desafío es un paquete completo:un biosensor optofluídico integrado que puede aislar células individuales y monitorear los químicos que producen en tiempo real durante al menos 12 horas.
El biosensor (en la imagen) es un delgado portaobjetos de vidrio compatible con los microscopios tradicionales. Crédito:EPFL
"Es una herramienta nueva y poderosa que nos brindará una comprensión fundamental más profunda de la comunicación y el comportamiento celular. Estos conocimientos abrirán el camino para desarrollar métodos radicalmente nuevos para diagnosticar y tratar enfermedades".
Las células humanas comunican que algo anda mal de formas complejas y dinámicas, produciendo varias sustancias químicas que indican a otras células lo que necesitan hacer. Cuando se detecta una infección, por ejemplo, Los glóbulos blancos entrarán en acción y liberarán proteínas especiales para combatir y eliminar a los intrusos.
Comprender cómo las células individuales interactúan y se comunican es fundamental para desarrollar nuevas terapias para enfermedades graves. para aprovechar mejor el poder del propio sistema inmunológico del cuerpo o apuntar con precisión a las células defectuosas.
En un artículo publicado en la revista de alto impacto Pequeña , el equipo de investigación demuestra cómo se puede utilizar la tecnología para examinar la secreción de citocinas de células de linfoma individuales.
Las citocinas son pequeñas proteínas producidas por una amplia gama de células para comunicarse con otras células. y se sabe que juegan un papel importante en las respuestas a la infección, trastornos inmunológicos, inflamación, sepsis y cáncer.
El estudio encontró que las células del linfoma producían citocinas de diferentes maneras, único para cada celda, permitiendo a los investigadores determinar las "huellas dactilares de secreción" de cada célula.
"Si podemos crear una imagen clara de este comportamiento, esto nos ayudaría a separar las células buenas de las malas y nos permitiría algún día desarrollar tratamientos que se dirijan precisamente a esas células malas, "Dijo Mitchell.
El dispositivo integrado que muestra el chip de microfluidos debajo del sensor de color dorado. Los microcanales clave, naranja (primario) y de regulación (azul), están resaltados con tintes de colores fluidos. Crédito:Universidad RMIT
Cómo funciona
El biosensor es la última adaptación de la tecnología microfluídica de laboratorio en un chip desarrollada en la instalación de investigación MicroNano de RMIT.
Un chip de microfluidos contiene canales diminutos, bombas y procesadores, permitiendo una manipulación precisa y flexible de fluidos. Esencialmente, La microfluídica hace por los fluidos lo que la microelectrónica hace por la información:integra grandes cantidades de pequeños elementos de procesamiento en un pequeño chip que es portátil. rápido y se puede producir de forma rápida y eficiente.
La nueva tecnología rentable y escalable es liviana y portátil, combinando microfluídica con nanofotónica.
Compatible con microscopios tradicionales, el biosensor es un delgado portaobjetos de vidrio recubierto con una película de oro, perforado con miles de millones de diminutos nanoagujeros dispuestos en un patrón específico. Estos nanoagujeros transmiten un solo color de luz, debido a un fenómeno óptico conocido como efecto plasmónico.
Al observar el color transmitido, los investigadores pueden determinar la presencia de cantidades diminutas de sustancias químicas específicas en un portaobjetos sin etiquetas externas. Este método de detección permite el monitoreo continuo de los productos químicos producidos a partir de una sola celda en tiempo real.
El sensor nanofotónico está acoplado a un circuito integrado de microfluidos con canales de fluidos del tamaño de un cabello humano. El circuito incluye válvulas para aislar la célula y concentrar sus secreciones, y sistemas para regular la temperatura y la humedad para sostener la celda.
El trabajo es una colaboración entre el laboratorio de Bionanophotonic Systems de EPFL, Suiza, el Centro Integrado de Aplicaciones y Fotónica de la Facultad de Ingeniería de RMIT y el Instituto Ludwig para la Investigación del Cáncer, Suiza.
Los chips de microfluidos RMIT han sido fundamentales para permitir la investigación en una variedad de áreas, desde el control de la calidad del agua hasta el desarrollo de análisis de sangre en el lugar de atención para sospechas de ataques cardíacos que podrían dar resultados mientras el paciente aún está en una ambulancia.
