“Viaje fantástico”: investigadores crean un nano-bot para explorar las células humanas

Investigadores de U of T Engineering han construido un conjunto de “pinzas” magnéticas que pueden colocar un cordón de nanoescala dentro de una célula humana en tres dimensiones con una precisión sin precedentes.

El nano-bot ya se ha utilizado para estudiar las propiedades de las células cancerosas y podría indicar el camino hacia un mejor diagnóstico y tratamiento.

El profesor Yu Sun y su equipo han estado construyendo robots que pueden manipular células individuales durante dos décadas.

Sus creaciones tienen la capacidad de manipular y medir células individuales, lo que resulta útil en procedimientos como la fertilización in vitro y la medicina personalizada.

Su último estudio, publicado en Science Robotics, lleva la tecnología un paso más allá.

“Hasta ahora, nuestro robot ha estado explorando fuera de un edificio, tocando la pared de ladrillos y tratando de averiguar qué está pasando dentro”, dice Sun.

“Queríamos desplegar un robot en el edificio y probar todas las habitaciones y estructuras”.

El equipo ha creado sistemas robóticos que pueden manipular estructuras subcelulares dentro de los microscopios de electrones, pero eso requiere liofilizar las células y cortarlas en pequeñas rodajas.

Para sondear células vivas, otros equipos han usado técnicas como el láser o la acústica.

“Las pinzas ópticas, el uso de láseres para sondear células, es un enfoque popular”, dice Xian Wang (MIE), el candidato a doctorado que realizó la investigación.

La tecnología fue galardonada con el Premio Nobel de Física 2018, pero Wang dice que la fuerza que puede generar no es lo suficientemente grande como para la manipulación mecánica y la medición que quería hacer.

“Puede intentar aumentar la potencia para generar una mayor fuerza, pero corre el riesgo de dañar los componentes subcelulares que está tratando de medir”, dice Wang.

El sistema que Wang diseñó utiliza seis bobinas magnéticas colocadas en diferentes planos alrededor de un portaobjetos de microscopio sembrado con células cancerosas vivas.

Se coloca un cordón magnético de hierro de unos 700 nanómetros de diámetro, aproximadamente 100 veces más pequeño que el grosor de un cabello humano, en el portaobjetos, donde las células cancerosas lo atrapan fácilmente dentro de sus membranas.

Una vez que el cordón está dentro, Wang controla su posición utilizando retroalimentación en tiempo real de imágenes de microscopía confocal.

Utiliza un algoritmo controlado por computadora para variar la corriente eléctrica a través de cada una de las bobinas, configurando el campo magnético en tres dimensiones y obligando a la cuenta a cualquier posición deseada dentro de la celda.

“Podemos controlar la posición dentro de un par de cientos de nanómetros por debajo del límite de movimiento browniano”, dice Wang.

“Podemos ejercer fuerzas un orden de magnitud más alto de lo que sería posible con los láseres”.

En colaboración con la Dra. Helen McNeil y Yonit Tsatskis en el Hospital Mount Sinai y la Dra. Sevan Hopyan en el Hospital para Niños Enfermos (SickKids), el equipo utilizó su sistema robótico para estudiar las células de cáncer de vejiga en etapa temprana y etapa posterior.

Estudios previos en núcleos celulares requerían su extracción de células.

Wang y Sun midieron los núcleos celulares en células intactas sin la necesidad de romper la membrana celular o el citoesqueleto.

Pudieron demostrar que el núcleo no es igual de rígido en todas las direcciones.

“Es un poco como un balón de fútbol en forma; mecánicamente, es más rígido en un eje que en el otro”, dice Sun.

“No lo hubiéramos sabido sin esta nueva técnica”.

También pudieron medir exactamente qué tan rígido se puso el núcleo cuando se lo pinchó repetidamente, y determinar qué proteína celular o proteínas pueden jugar un papel en el control de esta respuesta.

Este conocimiento podría señalar el camino hacia nuevos métodos para diagnosticar el cáncer.

“Sabemos que en las células de la etapa posterior, la respuesta de rigidez no es tan fuerte”, dice Wang.

“En situaciones donde las células cancerosas en etapa temprana y las células en etapa posterior no se ven morfológicamente muy diferentes, esto proporciona otra forma de diferenciarlas”.

Según Sun, la investigación podría ir aún más lejos.

“Podría imaginarse enjambres enteros de estos nano-bots y usarlos para matar de hambre a un tumor al bloquear los vasos sanguíneos en el tumor, o destruirlo directamente mediante una ablación mecánica”, dice Sun.

“Esto ofrecería una forma de tratar los cánceres que son resistentes a la quimioterapia, la radioterapia y la inmunoterapia”.

Estas aplicaciones aún están muy lejos del despliegue clínico, pero Sun y su equipo están entusiasmados con esta dirección de investigación.

Ya están en el proceso de los primeros experimentos con animales con el Dr. Xi Huang en SickKids.

“Todavía no es un viaje fantástico”, dice, refiriéndose a la película de ciencia ficción de 1966.

“Pero hemos logrado una precisión sin precedentes en el control de posición y fuerza.

Eso es una gran parte de lo que necesitamos para llegar allí”,

Fuente: University Of Toronto Engineering News