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Mundo nano

Medicina en el interior de las células

Una investigación colaborativa española ha conseguido fabricar e introducir chips de silicio en células vivas. Con este hito se abre la puerta a un nuevo campo de investigación, el de los chips diminutos, con el que se utilizarán chips micrométricos que pueden tener partes nanométricas. Se espera que este campo crecerá en paralelo a otras ramas de la nanociencia.

Patricia Morén | 26 de mayo de 2010

Foto: sanofi2498

El sueño de llevar incorporados en nuestro organismo unos pequeños dispositivos, o chips, que detecten si estamos desarrollando un problema de salud y nos alerten, o que se activen para tratar una enfermedad (es decir, que hagan de actuadores) está aún lejano, pero se acerca y parece cada vez más factible. Por primera vez, fruto de una investigación española, se han fabricado chips de silicio que se han podido insertar en células vivas.

La investigación ha implicado a investigadores de tres institutos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC): el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB), el Centro de Investigaciones Biológicas y el Instituto de Investigaciones Químicas y Ambientales de Barcelona. La investigación la ha liderado José Antonio Plaza, investigador del IMB, que pertenece al Centro Nacional de Microelectrónica (CNM), y por Teresa Suárez, del Centro de Investigaciones Biológicas.

Los resultados de su trabajo se han publicado en la revista científica Small, y han tenido un importante eco en portales divulgativos como Nanowerk, donde han ocupado el Top Ten de la lista de hallazgos de este 2010.

Microherramientas y material

¿Qué han conseguido estos investigadores? "Hemos demostrado que es posible introducir chips de silicio dentro de las células y esto abre la puerta a que dentro de unos años podamos llevar chips funcionales en ellas. Lo que hemos hecho ahora no es exactamente el chip, sino su base, una especie de pastilla de silicio que sirve de soporte para agregar más cosas", expone José Antonio Plaza, del grupo de Micronanoherramientas del IMB-CNM. Este grupo se encarga de hacer herramientas de silicio de tamaño de micras y nanómetros. "Hay que tener en cuenta que hemos hecho chips de 0,5 micrómetros de espesor y de 3 micras de diámetro, que son unas 1.000 veces más finos que un cabello, que mide entre 50 y 100 micras", pone como ejemplo Plaza.

José Antonio Plaza: "Las células viven el mismo tiempo, tanto si tienen un chip como si no lo tienen" En cuanto al material empleado, se han utilizado el silicio, el polisilicio y el oro. Cabe decir que este último es un material muy utilizado en la biomedicina, mientras que el primero ha sido, durante décadas, el material por excelencia para los microprocesadores y las memorias de nuestros ordenadores. Al principio, se pensaba que el silicio sólo era útil para hacer estructuras planas, pero más recientemente se ha visto que se le pueden dar formas tridimensionales, por lo que se pueden construir con él microsistemas con funciones de sensores o de “actuadores” para diferentes mecanismos (mecánicos, térmicos, magnéticos, entre otros).

El gran objetivo de los investigadores es construir biosensores y, en concreto, sensores intracelulares. Otros grupos de investigación, como el de Mauro Ferrari, de la University of Texas (Estados Unidos), también trabajan en la elaboración de estos chips, pero con la idea de usarlos como liberadores de sustancias farmacológicas (concepto conocido como drug delivery). La investigación española es, por tanto, pionera.

Interior celular

Pero, ¿cómo se han introducido los chips dentro de las células? El grupo de químicos que participaba en la investigación se encargó de recubrir los chips con diacetato de fluoresceína (CFDA), una molécula que, al interaccionar con las esterasas intracelulares, produce una emisión fluorescente, visible a través del microscopio. Los chips obtenidos se introdujeron por fagocitosis en células de la ameba unicelular Dictyostelium discoideum y lipofección en células tumorales humanas HeLa, que habitualmente se utilizan en estudios de biología celular. La fagocitosis es la capacidad de la célula de rodear diferentes elementos y llevarlos en su interior, como si se los comiera, mientras que la lipofección consiste en cubrir los chips con una membrana de lípidos de forma que estos se fusionen con la membrana celular.

Tras de siete días los investigadores comprobaron que las células seguían vivas y eran capaces de interactuar con los chips, lo que se pudo visualizar gracias a la fluorescencia emitida por la CFDA. "Hemos visto que insertar los chips en estas células no afecta a su viabilidad. Viven el mismo tiempo, tanto si tienen un chip como si no lo tienen", destaca Plaza. "Con los chips de hasta tres micras, las células siguen funcionando, se dividen normalmente, según el estudio que hemos hecho de siete días. Los chips no resultan tóxicos y las células interaccionan con su medio", precisa Patricia Vázquez, contratada posdoctoral del CIBER de Diabetes y Enfermedades metabólicas Asociadas (CIBERDEM).

"Un aspecto muy importante es que hemos visto que los dispositivos de nanotecnología son demasiado pequeños y pueden suponer un problema para la maquinaria intracelular, ya que pueden entrar en el ribosoma, el proteasoma o el retículo endoplasmático y ser tóxicos. En cambio, los dispositivos de silicio con un tamaño de micras, que son diminutos, micrométricos pero no nanométricos, no son tóxicos y pueden tener aplicaciones muy interesantes como sensores", destaca Teresa Suárez, en línea con otras informaciones relativas a la toxicidad de las nanopartículas.

MEDICINA PREVENTIVA Las aplicaciones biomédicas de los chips de silicio intracelulares aún tardarán, pero parece que podrían tener una aplicación más o menos inmediata para realizar estudios de biología celular. Creo que inicialmente tendrán aplicaciones en el estudio de la biología celular y para realizar estudios elementales de propiedades de las células que, hasta ahora, no se podían medir", indica Plaza.

Estoy convencido de que dentro de unos 10 años habrá chips funcionales dentro de las células, que podrán tomar medidas mecánicas, térmicas, magnéticas o bioquímicas. La tecnología está evolucionando tanto que lo podremos hacer, añade Plaza. Según este investigador, incluso se podrían hacer chips que combinaran un sensor y un “actuador”, de manera que el sensor detectara una célula enferma y, según el diagnóstico, el segundo liberara una sustancia terapéutica para destruirla o tratarla. En términos de tratamiento, ya hay muchos dispositivos con nanocapsulitas, incluso en la práctica clínica. En cambio, sensores intercelulares no hay tantos;, comenta Suárez.

"Los retos de futuro", para esta científica, "están en los dispositivos que se hagan. Podríamos pensar en chips que actuaran como sensores y midieran si los niveles de glucosa o de un determinado marcador del cáncer suben y que nos avisaran. Eso sería llevar la medicina preventiva al máximo, pero aún estamos muy lejos de este nivel. Sin embargo, el nuestro es un trabajo muy preliminar y la tecnología que hemos utilizado, muy novedosa. De momento, hemos visto que el silicio no mata las células y que es inocuo".

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