Diseño y operación de la NES. (A) Las células se cultivan en la membrana NS en una geometría de placa de pocillos. (B) El reactivo de administración se coloca debajo del fondo del depósito. Se aplica un campo eléctrico entre el platino y el electrodo ITO para entregar moléculas exógenas a las células. (C) Esquema del mecanismo de entrega de NES. Las moléculas debajo de la membrana NS se inyectan electroforéticamente en las células de interés a través del NS. La concentración administrada (Cin) está en relación cuadrática con la intensidad del voltaje que se aplica a las células (V) y es proporcional a la concentración de moléculas exógenas (Cex) y la duración de la administración. (D) Imagen SEM del NS que sobresale de la membrana. Barra de escala, 300 nm. Crédito: Avances de la ciencia (2018). DOI:10.1126 / sciadv.aat8131
Los investigadores pueden diseñar la molécula perfecta para editar un gen, tratar el cáncer o guiar el desarrollo de una célula madre, pero nada de eso importará al final si no pueden introducir sus moléculas en las células humanas que quieren manipular. La solución a ese problema, descrito en un estudio publicado el 31 de octubre en Avances de la ciencia , podrían ser minúsculos nanotuercas, diminutas protuberancias parecidas a vidrio que hacen agujeros igualmente diminutos en las paredes de las celdas para entregar su carga.
Un equipo dirigido por Nicholas Melosh, un profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales, Comenzó a probar nanobarras hace unos cinco años utilizando líneas celulares relativamente resistentes derivadas de cánceres, células de ratón y otras fuentes. Ahora, Melosh y sus colegas han demostrado que la técnica también funciona en células humanas, un resultado que podría acelerar la investigación médica y biológica y podría algún día mejorar la terapia génica para las enfermedades de los ojos, sistema inmunológico o cánceres.
"Lo que está viendo es un gran impulso para la terapia génica y la inmunoterapia contra el cáncer, "dijo Melosh, quien también es miembro de Stanford Bio-X, Stanford ChEM-H y el Instituto de Neurociencias Wu Tsai, pero las técnicas existentes no están a la altura del desafío de entregar materiales a todos los tipos de células humanas relevantes, especialmente las células inmunes. "Son realmente resistentes en comparación con casi todas las demás células que hemos manejado, " él dijo.
Cruzando la membrana celular
La idea de transportar sustancias químicas a través de la membrana celular y dentro de la propia célula no es nueva, pero hay una serie de problemas con los métodos en los que los científicos se han basado hasta ahora. En un método común, llamado electroporación, Los investigadores utilizan una corriente eléctrica para abrir agujeros en las paredes celulares a través de los cuales pueden difundirse moléculas como el ADN o las proteínas. pero el método es impreciso y puede matar muchas de las células con las que los investigadores están tratando de trabajar.
En otro método, los investigadores utilizan virus para transportar la molécula de interés a través de una pared celular, pero el virus en sí mismo conlleva riesgos. Si bien existen métodos similares que reemplazan los virus con sustancias químicas más benignas, son menos precisos y efectivos.
Ese era el estado de las cosas hasta hace apenas cinco o seis años, cuando Melosh y sus colegas idearon una nueva forma de introducir moléculas en las células, basado en la experiencia de Melosh en nanomateriales. Usarían electroporación, pero hágalo de una manera mucho más precisa con nanotrochas, que debido a su relativamente largo, El perfil estrecho ayuda a concentrar las corrientes eléctricas en un espacio muy pequeño.
En el momento, probaron esa técnica en células animales colocadas encima de un lecho de nanocajas. Cuando encendieron una corriente eléctrica, los nanowers se abrieron diminutos, poros de tamaño regular en la membrana celular, lo suficiente como para que las moléculas puedan entrar, pero no lo suficiente como para causar daños graves.
La corriente eléctrica también sirvió para otro propósito. En lugar de esperar a que las moléculas floten aleatoriamente a través de los poros recién abiertos, la corriente atrajo moléculas directamente a la célula, aumentando la velocidad y precisión del proceso. La pregunta en ese momento era si la técnica sería tan efectiva en los tipos de células humanas que los médicos necesitarían manipular para tratar enfermedades.
Más rápido, Más seguro Más preciso
En el nuevo periódico, Melosh y su equipo demostraron que la respuesta era sí:entregaron moléculas con éxito en tres tipos de células humanas, así como en células cerebrales de ratón. todo lo cual había resultado difícil de trabajar en el pasado.
Y lo que es más, el método era más preciso, más rápido y seguro que otros métodos. La técnica de nanostraw tomó solo 20 segundos para entregar moléculas a las células, en comparación con los días para algunos métodos, y mató a menos del diez por ciento de las células, una gran mejora con respecto a la electroporación estándar.
Melosh y su laboratorio ahora están trabajando para probar el método de nanobarras en algunos de los más difíciles de trabajar con células alrededor, células inmunes humanas. Si lo consiguen podría ser un gran paso no solo para los científicos que desean modificar células con fines de investigación, sino también para los médicos que buscan tratar el cáncer con inmunoterapia, que en este momento implica modificar las células inmunitarias de una persona mediante métodos virales. Nanostraws no solo evitaría ese peligro, sino que podría acelerar el proceso de inmunoterapia y reducir su costo, así como, Dijo Melosh.
