Por primera vez, Los científicos han introducido minúsculos dispositivos de rastreo directamente en el interior de las células de los mamíferos. dando un vistazo sin precedentes a los procesos que gobiernan el inicio del desarrollo.

Este trabajo en embriones unicelulares está destinado a cambiar nuestra comprensión de los mecanismos que sustentan el comportamiento celular en general, y, en última instancia, puede proporcionar información sobre lo que va mal en el envejecimiento y las enfermedades.

La investigación, dirigido por el profesor Tony Perry del Departamento de Biología y Bioquímica de la Universidad de Bath, implicó inyectar un nanodispositivo a base de silicio junto con esperma en el óvulo de un ratón. El resultado fue un saludable huevo fertilizado que contiene un dispositivo de seguimiento.

Los diminutos dispositivos son un poco como arañas, completo con ocho 'patas' altamente flexibles. Las patas miden las fuerzas de 'tirar y empujar' ejercidas en el interior de la celda con un nivel de precisión muy alto, revelando así las fuerzas celulares en juego y mostrando cómo la materia intracelular se reorganizó con el tiempo.

Los nanodispositivos son increíblemente delgados, similares a algunos de los componentes estructurales de la célula, y mide 22 nanómetros, haciéndolos aproximadamente 100, 000 veces más delgado que una moneda de una libra. Esto significa que tienen la flexibilidad de registrar el movimiento del citoplasma de la célula a medida que el embrión de una célula se embarca en su viaje para convertirse en un embrión de dos células.

"Este es el primer vistazo a la física de cualquier célula en esta escala desde dentro, ", dijo el profesor Perry." Es la primera vez que alguien ha visto desde el interior cómo el material celular se mueve y se organiza ".

¿Por qué investigar el comportamiento mecánico de una célula?

La actividad dentro de una célula determina cómo funciona esa célula, explica el profesor Perry. "El comportamiento de la materia intracelular es probablemente tan influyente en el comportamiento celular como la expresión génica, ", dijo. Hasta ahora, sin embargo, esta compleja danza de material celular ha permanecido en gran parte sin estudiar. Como resultado, los científicos han podido identificar los elementos que componen una célula, pero no cómo se comporta el interior de la célula en su conjunto.

"De estudios en biología y embriología, conocemos ciertas moléculas y fenómenos celulares, y hemos tejido esta información en una narrativa reduccionista de cómo funcionan las cosas, pero ahora esta narrativa está cambiando, ", dijo el profesor Perry. La narración fue escrita en gran parte por biólogos, quien trajo consigo las preguntas y herramientas de la biología. Lo que faltaba era física. La física pregunta sobre las fuerzas que impulsan el comportamiento de una célula, y proporciona un enfoque de arriba hacia abajo para encontrar la respuesta.

"Ahora podemos ver la celda como un todo, no solo las tuercas y tornillos que lo hacen ".

Se eligieron embriones de ratón para el estudio debido a su tamaño relativamente grande (miden 100 micrones, o 100 millonésimas de metro, en diámetro, en comparación con una celda normal que tiene solo 10 micrones [10 millonésimas de metro] de diámetro). Esto significó que dentro de cada embrión, había espacio para un dispositivo de rastreo.

Los investigadores realizaron sus mediciones examinando grabaciones de video tomadas a través de un microscopio a medida que se desarrollaba el embrión. "A veces, los dispositivos se movían y giraban por fuerzas que eran incluso mayores que las del interior de las células musculares, "dijo el profesor Perry." En otras ocasiones, los dispositivos se movieron muy poco, mostrando el interior de la celda se había calmado. No hubo nada aleatorio en estos procesos:desde el momento en que tienes un embrión de una célula, todo se hace de forma predecible. La física está programada ".

Los resultados se suman a una imagen emergente de la biología que sugiere que el material dentro de una célula viva no es estático, sino que cambia sus propiedades de una manera predeterminada a medida que la célula realiza su función o responde al medio ambiente. El trabajo puede algún día tener implicaciones para nuestra comprensión de cómo las células envejecen o dejan de funcionar como deberían. que es lo que sucede en la enfermedad.

El estudio se publica esta semana en Materiales de la naturaleza e implicó una asociación transdisciplinaria entre biólogos, científicos y físicos de materiales con sede en el Reino Unido, España y Estados Unidos.