Cuando los biólogos estudian las células bajo el microscopio, las observan en superficies planas que no se parecen en nada al entorno del interior del cuerpo humano. Ahora, los investigadores de NTNU han encontrado una manera de imitar algunos aspectos del entorno nativo de una célula utilizando diminutos pilares de polímero. Su trabajo, financiado por el Consejo de Investigación de Noruega, se publica en la revista Nanoscale Research Letters .

"Las células del cuerpo humano están incrustadas en una matriz compleja de moléculas", dice Pawel Sikorski, profesor del Departamento de Física de la NTNU. Este entorno, conocido como matriz extracelular, es una red de soporte dinámico para las células, que proporciona no solo un andamiaje físico para que crezcan los tejidos y los órganos, sino que también transmite señales para ayudar a las células a comunicarse entre sí. Si bien sacar células de la matriz extracelular y colocarlas en superficies planas de vidrio permite a los investigadores estudiarlas en el laboratorio, significa que podríamos estar perdiéndonos de observar muchos procesos celulares.

"El vidrio es muy duro y la célula sentirá que el sustrato no se deforma mientras trata de tirar de él", dice Sikorski. "Eso induce ciertos tipos de comportamiento y también induce ciertos tipos de procesos en las células. Se comportarán de manera diferente si se colocaran sobre algo que sea elástico y suave y que se pueda deformar y remodelar".

Esto significa que si los investigadores quieren comprender cómo se comportan las células en su entorno nativo, necesitan un sustrato que replique la biología más de cerca. Incrustar células dentro de hidrogeles, por ejemplo, redes 3D de polímeros similares a la gelatina, es una opción. Pero estudiar las células dentro de un hidrogel no es tan fácil como mirarlas en un simple portaobjetos de vidrio bajo un microscopio óptico. "Si quieres ver lo que está pasando, se vuelve bastante desafiante", dice Sikorski.

Creación de estructuras en una fina película de polímero

Imitar algunos de los aspectos mecánicos de los sustratos más blandos con nanoestructuras es una forma posible de abordar este problema, y ​​eso es exactamente lo que Sikorski y Ph.D. lo ha hecho el estudiante Jakob Vinje, en colaboración con las biólogas celulares Noemi Antonella Guadagno y Cinzia Progida de la Universidad de Oslo. Vinje cubrió portaobjetos de vidrio en pequeños pilares hechos de un polímero conocido como SU-8. Estos nanopilares, cada uno de los cuales mide solo 100 nanómetros en la punta, se fabricaron mediante litografía de haz de electrones en NTNU NanoLab, donde un haz de electrones enfocado crea estructuras en una película delgada de polímero.

"Por milímetro cuadrado ya tienes bastantes pilares, y si quieres estudiar células, entonces necesitamos hacer superficies que sean al menos del orden de 10 por 10 milímetros", dice Sikorski. "Las herramientas de NTNU NanoLab son esenciales para que esto sea posible".

Los investigadores crearon sustratos con una variedad de arreglos de nanopilares diferentes y los probaron utilizando células que producen proteínas fluorescentes. Observando las células bajo un microscopio, los investigadores analizaron la forma, el tamaño y la distribución de los puntos en los que la célula se adhiere a las diferentes superficies.

Pilares muy apretados

Después de hacer cientos de observaciones de células en varias superficies, los investigadores encontraron que los sustratos con nanopilares muy compactos imitaban más de cerca una superficie más blanda. "Si hacemos un sustrato con pilares densos, las células se comportan como si estuvieran en un sustrato mucho más blando", dice Sikorski.

La belleza de los sustratos cubiertos de nanopilares es su simplicidad:en teoría, los biólogos podrían simplemente cambiar sus portaobjetos de vidrio habituales por los nuevos. "Tiene más funciones y más capacidad de ajuste que un sustrato de vidrio, pero sigue siendo relativamente simple", dice Sikorski.

Él dice que el objetivo final sería que los investigadores pudieran "simplemente abrir el paquete y sacar uno de ellos, poner sus células, estudiarlo bajo el microscopio y luego tirarlo una vez que hayan terminado". Sin embargo, para que eso se convierta en una realidad, los sustratos deberían producirse por cientos a un costo relativamente bajo.

Hasta ahora, los investigadores solo han creado una pequeña cantidad de prototipos, pero existen métodos, como una técnica de bajo costo y alto rendimiento para hacer patrones a nanoescala llamada litografía de nanoimpresión, que podría hacer posible la producción a mayor escala de los sustratos.

Además de permitir que los biólogos estudien las células de una manera nueva, los sustratos podrían usarse para desarrollar mejores formas de detectar medicamentos. Para encontrar un medicamento que impida que las células se adhieran a una superficie en particular, por ejemplo, un sustrato cubierto de nanopilares podría imitar esa superficie y poner a prueba medicamentos potenciales. + Explora más

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