Pequeños “robots hormiga” construidos a partir de células humanas podrían ayudar a curar el cuerpo

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Organoides autopropulsados reparan tejido nervioso en laboratorio y algún día podrían detectar enfermedades o administrar medicamentos.

En la medicina del futuro, los médicos moleculares construidos a partir de las propias células del paciente podrían descubrir cáncer, reparar tejido lesionado e incluso eliminar la placa de los vasos sanguíneos.

Investigadores ahora han dado un paso hacia esa visión: han persuadido a las células traqueales para que formen grupos coordinados llamados organoides que pueden impulsarse con pequeños apéndices.

Cuando se agregaron a las neuronas heridas en el laboratorio, estos “robots hormiga” ayudaron a las neuronas a repararse a sí mismas.

El trabajo es “es asombroso e innovador”, dice Xi “Charlie” Ren, ingeniero de tejidos de la Universidad Carnegie Mellon que no participó en la investigación.

La creación de estos dispositivos vivos, afirma, “abre el camino a la medicina personalizada”.

Michael Levin, biólogo del desarrollo de la Universidad de Tufts y líder del nuevo estudio, creó sus primeros “robots vivientes” hace 4 años.

Él y sus colegas unieron células embrionarias de corazón y piel de la rana africana con garras para crear un organoide con cilios, pequeños pelos que se mueven hacia adelante y hacia atrás, lo que le permite gatear e incluso nadar.

“Levin demostró que se puede entrenar a las células para que hagan algo que nunca habrían hecho por sí solas“, dice Ron Weiss, biólogo sintético del Instituto Tecnológico de Massachusetts que no participó en el trabajo.

Fue un buen primer paso, pero el sistema inmunológico humano rechazaría este tipo de biorobots basados en anfibios.

Entonces, en el nuevo estudio, el estudiante de posgrado de Levin, Gizem Gumuskaya, comenzó con células que recubren la tráquea humana adulta.

Estas células también tienen cilios, y los investigadores esperaban aprovechar los apéndices como pequeños remos para impulsar y mover el organoide.

Gumuskaya colocó células traqueales individuales en un andamio 3D, hecho de tejido de rata, que se asemeja al entorno de la tráquea humana.

Después de 2 semanas, las células se multiplicaron y formaron pequeñas esferas, pero sus cilios estaban dentro de estas esferas y, por lo tanto, eran inútiles para la locomoción.

Entonces los investigadores sumergieron las células en un baño especial, cuyas propiedades líquidas les impulsaron a desprender sus cilios.

Los organoides resultantes difieren en tamaño y forma, a pesar de tener el mismo ADN.

Pueden ser redondos u oblongos y constar de entre 100 y 1000 células. (El más grande de ellos es aproximadamente del tamaño de una semilla de amapola).

Sus cilios pueden estar extendidos por toda su superficie exterior o agrupados en parches discretos.

“Al igual que las huellas dactilares, no hay dos iguales”, dice Gumuskaya.

Ella y Levin creen que estos rasgos dependen en gran parte de dónde se asientan las células en la matriz y de qué tan acuoso es el baño líquido.

La forma, el tamaño y la ubicación de los cilios, a su vez, ayudan a determinar si el organoide se mueve en línea recta o en círculo, o simplemente se mueve.

Para tener una idea de si estos robots podrían interactuar con el tejido humano, el equipo de Levin utilizó un método bien establecido para evaluar la curación de heridas en el sistema nervioso.

Los investigadores cultivan una lámina de células nerviosas en una placa de laboratorio y las “enrollan” rascando la lámina.

Cuando Gumuskaya añadió grupos de los robots hormiga a esta placa de laboratorio, los organoides se movieron hacia arriba y hacia abajo en el rasguño.

Luego, para su sorpresa, se formó un puente de tejido nervioso a través del rasguño donde se asentaron los robots, curando la herida.

Las sustancias no vivas, como el almidón o la silicona, no tuvieron ese efecto en el rasguño, dice Levin.

Él piensa que, como tejido vivo, los robots ayudaron a las células nerviosas de un lado del rasguño a detectar dónde estaba el otro lado para que pudieran iniciar un nuevo crecimiento.

El objetivo es aprovechar la tecnología para tratar enfermedades neurológicas y lesiones de los nervios y la médula espinal. Y también para ayudar a curar quemaduras.

Ren y Walter Finkbeiner, patólogo emérito de la Universidad de California en San Francisco, ven potencial en utilizar los robots hormiga como herramientas de detección de contaminantes, nuevos medicamentos y carcinógenos.

Los científicos pueden controlar fácilmente si los organoides todavía están vivos y sanos en función de si todavía se están moviendo.

“Puedes realizar cualquier tipo de análisis de alto rendimiento para cualquier cosa que quieras estudiar“, afirma Finkbeiner.

También ayudan a probar los efectos de las infecciones virales y determinar si un posible medicamento antiviral contrarresta esos efectos, dice Salvatore Simmini, biólogo de tallos de STEMCELL Technologies Ltd., cuyo equipo describió un organoide similar el año pasado.

Weiss cree que los investigadores pueden mejorar el potencial de estos organoides modificando sus genomas para funciones deseadas, como la administración de medicamentos contra el cáncer.

Levin señala que los vehículos de administración de robots pueden ser menos tóxicos que los medicamentos existentes y menos propensos a agravar el sistema inmunológico que los dispositivos implantables.

Incluso imagina aprovechar las capacidades potenciales de detección y memoria de estos robots (de las que carecen los medicamentos y los dispositivos implantables) para controlar el estado de salud del cuerpo.

Existen muchos otros usos potenciales, dice Cirrito.

Fuente: Science