Idean una nueva forma no invasiva de medir la rigidez de las células vivas con ondas acústicas

El avance podría usarse en el estudio de la metástasis y la muerte celular programada.

Las ondas acústicas pueden controlar la rigidez de las células vivas. La técnica arroja luz sobre la salud y el desarrollo de las células; puede ser útil para la medicina de precisión.

Ingenieros de MIT han ideado una nueva forma no invasiva de medir la rigidez de las células vivas utilizando ondas acústicas.

Su técnica les permite monitorear células individuales durante varias generaciones e investigar cómo cambia la rigidez a medida que las células pasan por el ciclo de división celular.

Según los investigadores, este enfoque también podría usarse para estudiar otros fenómenos biológicos, como la muerte celular programada o la metástasis.

“El monitoreo no invasivo de las propiedades mecánicas de una sola célula podría ser útil para estudiar diferentes tipos de procesos celulares”, dice Scott Manalis, profesor de Andrew y Erna Viterbi en los departamentos de Ingeniería Biológica e Ingeniería Mecánica del MIT, miembro del Instituto Koch de MIT para Integrative Cancer Research, y autor principal del estudio.

Los investigadores señalan que también podría ser útil para analizar cómo responden las células tumorales de los pacientes a ciertos medicamentos, lo que podría ayudar a los médicos a elegir los mejores medicamentos para pacientes individuales.

La nueva técnica de medición utiliza una tecnología que el laboratorio de Manalis desarrolló anteriormente para medir la masa de las células.

Este dispositivo, conocido como el resonador de microcanal suspendido (SMR), puede medir la masa de las células a medida que fluyen a través de un pequeño voladizo lleno de líquido que vibra dentro de una cavidad de vacío.

A medida que las células fluyen a través del canal, su masa altera ligeramente la frecuencia de vibración del voladizo, y la masa de la célula se puede calcular a partir de ese cambio en la frecuencia.

En el nuevo estudio, los investigadores descubrieron que también podían medir los cambios en la rigidez de la célula, específicamente, una estructura celular llamada corteza que se encuentra justo debajo de la membrana celular.

La corteza, que ayuda a determinar la forma de una célula, está compuesta principalmente de filamentos de actina.

La contracción y relajación de estos filamentos a menudo se produce durante procesos como la división celular, la metástasis y la muerte celular programada, lo que conduce a cambios en la rigidez de la corteza.

En el último par de años, Manalis y sus estudiantes se dieron cuenta de que la vibración del voladizo también crea una onda acústica que se puede usar para medir la rigidez de la partícula o célula que fluye a través del dispositivo.

A medida que una partícula fluye a través del canal, interactúa con las ondas acústicas, cambiando el balance energético general.

Esto altera la vibración del voladizo, en una cantidad que varía según la rigidez de la célula o partícula.

Esto permite a los investigadores calcular la rigidez de la célula midiendo cuánto cambia la vibración.

Los investigadores confirmaron que su técnica es precisa al medir partículas de hidrogel de las rigideces conocidas, creadas en el laboratorio de Doyle, y medirlas a medida que fluían a través del dispositivo.

Las ondas acústicas utilizadas para generar estas mediciones perturban la célula en solo unos 15 nanómetros, mucho menos que el desplazamiento producido por la mayoría de las técnicas existentes para medir las propiedades mecánicas.

El equipo del MIT demostró que podía usar esta técnica para medir la rigidez de una sola célula repetidamente durante más de 20 horas a medida que fluían de un lado a otro a través del dispositivo SMR.

Durante este tiempo, pudieron monitorear la rigidez a través de dos o más ciclos de división celular.

Encontraron que a medida que las células ingresan en la mitosis, la rigidez disminuye, lo que los investigadores creen que se debe a la inflamación que se produce cuando las células se preparan para dividirse.

Al tomar imágenes de las células, confirmaron que la corteza celular se adelgaza a medida que la célula se hincha.

Los investigadores también encontraron que la rigidez celular cambia dinámicamente justo antes de que se divida.

La actina se acumula en la región ecuatorial, lo que hace que la célula se vuelva más rígida, mientras que las regiones polares se relajan a medida que las actinas se agotan temporalmente.

“Podemos usar nuestra forma de medir la rigidez para observar la dinámica de la actina de una manera no invasiva y sin etiquetas”, dice Kang.

Los investigadores planean comenzar a usar esta técnica para medir la rigidez de partículas incluso más pequeñas, como los virus, y para explorar si esa medición podría estar relacionada con la infectividad de un virus.

“La medición de la rigidez de las partículas submicrónicas con un rendimiento significativo actualmente no es posible con los enfoques existentes”, dice Manalis.

Tal capacidad podría ayudar a los investigadores que trabajan en el desarrollo de virus debilitados que podrían probarse como posibles vacunas.

Este tipo de medida también podría usarse para ayudar a caracterizar partículas diminutas como las que se usan para la administración de medicamentos.

Otra posible aplicación es combinar la medición de la rigidez con las mediciones de la tasa de crecimiento y la masa que el laboratorio de Manalis ha estado desarrollando como un posible predictor de cómo responderán los pacientes individuales de cáncer a determinados medicamentos.

“Cuando se trata de ensayos para medicina de precisión, medir múltiples propiedades funcionales de la misma célula podría ayudar a que las pruebas sean más predictivas”, dice Manalis.

Fuente: MIT