Los investigadores han desarrollado una 'membrana en un chip' de células humanas que permite un seguimiento continuo de cómo los fármacos y los agentes infecciosos interactúan con nuestras células. y pronto se podrá utilizar para probar posibles fármacos candidatos para el COVID-19.

Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, Universidad de Cornell y Universidad de Stanford, dicen que su dispositivo podría imitar cualquier tipo de célula:bacteriana, humanos o incluso las duras paredes celulares de las plantas. Su investigación recientemente se centró en cómo COVID-19 ataca las membranas celulares humanas y, más importante, cómo se puede bloquear.

Los dispositivos se han formado en chips conservando la orientación y la funcionalidad de la membrana celular y se han utilizado con éxito para controlar la actividad de los canales iónicos. una clase de proteína en las células humanas que son el objetivo de más del 60% de los productos farmacéuticos aprobados. Los resultados se publican en dos artículos recientes en Langmuir y ACS Nano .

Las membranas celulares juegan un papel central en la señalización biológica, controlando todo, desde el alivio del dolor hasta la infección por un virus, actuando como el guardián entre una célula y el mundo exterior. El equipo se propuso crear un sensor que preserva todos los aspectos críticos de una membrana celular:estructura, fluidez, y control sobre el movimiento de iones, sin los pasos necesarios para mantener viva una célula.

El dispositivo utiliza un chip electrónico para medir cualquier cambio en una membrana suprayacente extraída de una célula. permitiendo a los científicos comprender de forma segura y sencilla cómo la célula interactúa con el mundo exterior.

El dispositivo integra membranas celulares con transistores y electrodos poliméricos conductores. Para generar las membranas en chip, El equipo de Cornell primero optimizó un proceso para producir membranas a partir de células vivas y luego, trabajando con el equipo de Cambridge, los engatusó sobre electrodos poliméricos de una manera que preservó toda su funcionalidad. Los polímeros conductores hidratados proporcionan un entorno más "natural" para las membranas celulares y permiten un control robusto de la función de la membrana.

El equipo de Stanford optimizó los electrodos poliméricos para monitorear los cambios en las membranas. El dispositivo ya no depende de células vivas que a menudo son técnicamente difíciles de mantener con vida y requieren una atención significativa. y las mediciones pueden durar un período de tiempo prolongado.

"Debido a que las membranas se producen a partir de células humanas, es como tener una biopsia de la superficie de esa célula:tenemos todo el material que estaría presente, incluidas las proteínas y los lípidos, pero ninguno de los desafíos de usar células vivas, "dijo la Dra. Susan Daniel, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular en Cornell y autor principal del artículo de Langmuir.

"Este tipo de detección generalmente lo realiza la industria farmacéutica con células vivas, pero nuestro dispositivo ofrece una alternativa más sencilla, "dijo el Dr. Róisín Owens del Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología de Cambridge, y autor principal del ACS Nano papel. "Este método es compatible con el cribado de alto rendimiento y reduciría el número de falsos positivos que llegan a la línea de investigación y desarrollo".

"El dispositivo puede ser tan pequeño como el tamaño de una célula humana y fabricarse fácilmente en matrices, lo que nos permite realizar múltiples mediciones al mismo tiempo, "dijo la Dra. Anna-Maria Pappa, también de Cambridge y primer autor conjunto de ambos artículos.

Hasta la fecha, el objetivo de la investigación, apoyado por fondos de la Agencia de Proyectos de Investigación de Defensa de los Estados Unidos (DARPA), ha sido demostrar cómo los virus como la influenza interactúan con las células. Ahora, DARPA ha proporcionado fondos adicionales para probar la efectividad del dispositivo en la detección de posibles fármacos candidatos para COVID-19 de una manera segura y eficaz.

Dados los riesgos importantes que implican a los investigadores que trabajan en el SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19, Los científicos del proyecto se centrarán en fabricar membranas de virus y fusionarlas con los chips. Las membranas del virus son idénticas a la membrana del SARS-CoV-2 pero no contienen el ácido nucleico viral. De esta forma se pueden identificar nuevos fármacos o anticuerpos para neutralizar los picos de virus que se utilizan para entrar en la célula huésped. Se espera que este trabajo comience el 1 de agosto.

"Con este dispositivo, no estamos expuestos a entornos laborales de riesgo para combatir el SARS-CoV-2. El dispositivo acelerará la selección de fármacos candidatos y proporcionará respuestas a preguntas sobre cómo funciona este virus. "dijo el Dr. Han-Yuan Liu, Investigador de Cornell y primer autor conjunto de ambos artículos.

El trabajo futuro se centrará en ampliar la producción de los dispositivos en Stanford y automatizar la integración de las membranas con los chips. aprovechando la experiencia en fluidos de Stanford PI Juan Santiago, quien se unirá al equipo en agosto.

"Este proyecto ha fusionado ideas y conceptos de laboratorios en el Reino Unido, California y Nueva York, y mostró un dispositivo que funciona de forma reproducible en los tres sitios. Es un gran ejemplo del poder de integrar la biología y la ciencia de los materiales para abordar problemas globales, ", dijo el profesor de investigación principal de Stanford, Alberto Salleo.