Investigadores del estado de Michigan desarrollaron una técnica de imágenes in vivo basada en nanopartículas, la primera en su tipo, que algún día podría usarse para ayudar a diagnosticar e incluso tratar el cáncer. Universidades Johns Hopkins y Stanford.

La técnica captura propiedades mecánicas en sujetos vivos que prueban las relaciones fundamentales entre la física y la biología in vivo (en un organismo vivo). Los resultados se publican en la revista Materiales hoy .

Bryan Smith, profesor asociado de ingeniería biomédica en MSU, trabajó con colegas para desarrollar las partículas diminutas, cuales, una vez dentro de las células vivas, puede revelar información importante sobre la estructura celular, incluida la forma en que las células tumorales cambian físicamente a medida que forman un tumor.

"Diseñamos la capacidad de medir y cuantificar las propiedades nanomecánicas de las células vivas individuales dentro del cuerpo de un animal vivo por primera vez, "Dijo Smith.

En un estudio a principios de este año, Smith y su equipo diseñaron nanopartículas que ayudaron a "devorar" la aterosclerosis, la acumulación de placa en las arterias que puede provocar un ataque cardíaco. Las partículas ingresaron selectivamente a las células del sistema inmunológico conocidas como macrófagos, entregando una droga que instruye a las células a devorar las placas dañinas.

Ahora, Smith y sus colegas han creado una técnica que utiliza diferentes nanopartículas que se pueden incrustar en varios tipos de células. incluidas las células cancerosas de la mama, en animales vivos. Analizar cómo se mueven las partículas dentro de la célula puede revelar mucho sobre sus propiedades físicas internas.

"Anteriormente no existía ningún método para examinar las propiedades mecánicas en sujetos vivos, por ejemplo, en mamíferos, con alta resolución espacial, ", Dijo Smith." Estas técnicas prometen abrir vías de investigación completamente nuevas tanto para el diagnóstico como para el tratamiento de enfermedades ".

Se sabe que las propiedades mecánicas de los tejidos biológicos juegan un papel importante en muchas enfermedades, incluyendo enfermedades del corazón, inflamación y cáncer, así como la fisiología normal, como la migración celular y el desarrollo de organismos. En el estudio actual, Smith y su equipo utilizaron nanopartículas para comparar primero las propiedades mecánicas entre las células en cultivo, tanto estándar 2-D como 3-D, y en animales vivos.

El seguimiento del movimiento de las nanopartículas reveló que el entorno en el que se observan las células afecta en gran medida sus propiedades mecánicas, lo que podría significar que ciertos modelos celulares pueden no ser representaciones tan válidas de animales vivos.

"Esto les dice a los científicos del cáncer interesados ​​en la mecánica del cáncer que las condiciones 2-D pueden replicarse pobremente, y que ciertas condiciones 3-D se acercan mucho más, para imitar las condiciones dentro del mouse en vivo, "Dijo Smith.

La siguiente parte del experimento analizó lo que realmente sucede con la estructura interna de las células cancerosas cuando comienzan a formar tumores. Los métodos anteriores no pudieron responder la pregunta porque eran demasiado invasivos para probarlos en sujetos vivos.

De nuevo, observar el movimiento de las nanopartículas dentro de las células, el equipo midió el grado de "cumplimiento, "o suave, las celdas eran. En tono rimbombante, encontraron que la flexibilidad de las células normales se mantuvo estable a lo largo del tiempo, pero como las células cancerosas formaron un tumor durante el período de una semana, ellos se pusieron rígidos.

"Descubrimos que cuando un tumor comienza a formarse en un ratón vivo, las células tumorales individuales se endurecen mecánicamente. Este es un hallazgo fundamental que, en última instancia, probablemente tendrá implicaciones para la propagación del cáncer (metástasis) y la letalidad del tumor. ", Dijo Smith." El descubrimiento fue posible gracias a la integración de tecnologías de seguimiento de partículas y de imágenes de última generación de nuestros laboratorios y de nuestros colaboradores ".

La investigación tiene varias aplicaciones prometedoras en medicina. Uno de ellos es simplemente evaluar qué métodos de cultivo celular son suficientes como organismos vivos para proporcionar información significativa. Otro es medir las propiedades mecánicas celulares de funciones biológicas comunes, incluido el desarrollo de órganos, en organismos vivos.

Quizás la aplicación más interesante sea en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades, Dijo Smith. Las nanopartículas pueden usarse para monitorear la salud de las células y los tipos de cambios que experimentan en los procesos de la enfermedad, e incluso pueden alterar ese curso.

Smith y sus colegas planean observar la formación y diseminación de metástasis de cáncer, que causan alrededor del 90% de las muertes por cáncer.

"Espero que algún día podamos tratar la física de la metástasis, ", dijo." Pero, primero debemos entender la mecánica y cómo cambiarla afecta el comportamiento celular. Ahora estamos investigando esto ".