Los científicos ya han desarrollado marcadores microscópicos para etiquetar y observar determinadas partes de una célula, con fines como la investigación del cáncer.
Sin embargo, los nanodiamantes se han desarrollado como una alternativa eficaz.
Los científicos han descubierto cómo introducir estas células de forma segura mediante un campo eléctrico suave que abre la membrana celular y de 'nanopajitas' para insertarlas.
Permiten a los científicos investigar enfermedades celulares como el cáncer y el Alzheimer.
Con los años, los científicos han reunido una sorprendente variedad de marcadores microscópicos que pueden colocar dentro de las células siempre que necesitan etiquetar y observar partes distintas del interior celular. Este etiquetado se utiliza en una amplia gama de investigaciones, incluida la investigación del cáncer.
Pero introducir estos marcadores en las células, atravesando la membrana que las protege de sustancias no deseadas, está lejos de ser fácil. Abrir una brecha demasiado grande en la membrana celular al inyectar los marcadores puede ser fatal para la célula. Además, una vez introducidos de forma clandestina, muchos marcadores son en realidad tóxicos y, o bien son atacados por la célula, o bien conducen a su muerte.
En la búsqueda de marcadores no tóxicos, los científicos han dado con los nanodiamantes: idénticos a los que adornan los anillos de compromiso, pero un millón de veces más pequeños. Los nanodiamantes son excelentes indicadores dentro de las células, pero aún no forman parte del equipo de herramientas de los científicos, ya que introducirlos en la célula sin dañar la membrana ha resultado demasiado difícil.
Dirigido por mi supervisora Christelle Prinz, de NanoLund, Universidad de Lund, nuestro equipo ha creado una nueva forma de introducir nanodiamantes en las células sin causar daños ni provocar que la célula los ataque. Nuestra nueva técnica ayudará a los científicos a estudiar las propiedades de las células vivas a nivel molecular, pero también podría convertirse en una herramienta versátil para ayudarnos a comprender mejor enfermedades celulares como el cáncer y el Alzheimer.
Monitorización de células
Nuestro cuerpo está formado por aproximadamente 40 billones de células, con tamaños comprendidos entre 1 y 100 micrómetros. Algunas de estas células enferman a veces, lo que provoca cáncer en diversos tejidos o enfermedades neurológicas como el Alzheimer en las células cerebrales. Al monitorizar las células enfermas, los investigadores pueden conocer mejor los orígenes y el desarrollo de estas enfermedades.
Los microscopios pueden observar el interior de una célula, pero no son muy eficaces para distinguir una célula enferma de una sana. Para una monitorización más detallada, los investigadores etiquetan las células con marcadores biológicos que revelan más sobre lo que ocurre en su interior.
Los marcadores biológicos existentes, como los colorantes orgánicos y las proteínas fluorescentes, pueden revelar algunas de las condiciones dentro de una célula para que los investigadores las estudien. Sin embargo, estos marcadores a menudo matan la célula, lo que limita su utilidad para estudios celulares a largo plazo. Los nanodiamantes, en cambio, no matan las células, y por eso los investigadores ya los utilizan en la ciencia celular.
¿Por qué los nanodiamantes?
Los nanodiamantes se producen mediante la detonación de diamantes sintéticos o a partir del polvo que queda tras triturar diamantes naturales. Pese a sus connotaciones de lujo, son relativamente baratos para investigadores como nosotros, ya que su coste es similar al de los biomarcadores existentes.
Es fundamental: los nanodiamantes son biocompatibles, es decir, son completamente inofensivos y no tóxicos cuando se introducen en tejido vivo. Esto significa que pueden permanecer ocultos dentro de nuestras células. Una vez dentro, los nanodiamantes brillan en el interior de las células, transmitiendo información a los investigadores en forma de luz fluorescente, cuya longitud de onda cambia en función del pH o de la temperatura dentro de la célula.
Infiltración en una célula
No es fácil introducir nanodiamantes en una célula. Las membranas celulares han desarrollado un impresionante aparato protector para mantener alejados a los intrusos no deseados. Para introducir nanodiamantes, debemos esperar a que las células los dejen entrar voluntariamente, un proceso muy lento e ineficaz, o bien forzar su entrada a través de la membrana celular.
Microinyección, que utiliza agujas microscópicas, se ha empleado para introducir marcadores como los nanodiamantes a través de la membrana celular sin dañar mortalmente la célula, pero es un método laborioso que a menudo no tiene éxito.
Incluso tras una infiltración exitosa, los nanodiamantes corren el riesgo de ser engullidos por los lisosomas de la célula, que son algo así como sus guardaespaldas. Los biomarcadores capturados y confinados en los lisosomas son de poca utilidad para los investigadores que intentan observar la célula en su totalidad.
Contrabandistas de nanodiamantes
Hemos desarrollado un nuevo método para introducir grandes cantidades de nanodiamantes en las células, en gran medida sin que los lisosomas los detecten, y sin dañar la propia célula. Nuestro enfoque combina un campo eléctrico muy suave, que abre la membrana celular, con las denominadas “nanopajitas”: como pajitas para beber, pero de tamaño nanoscópico.
En nuestro estudio, utilizamos células procedentes de un paciente con cáncer de pulmón. Colocamos estas células sobre miles de nanopajitas, comparables a una minúscula cama de clavos. Debajo de estas nanopajitas se encontraban nuestros nanodiamantes, en una solución ligeramente conductora.
Cuando aplicamos pulsos eléctricos de bajo voltaje a las nanopajitas, aparecieron pequeñas aberturas en la membrana celular, en la punta de cada nanopajita, creando una vía de acceso para que los nanodiamantes llegaran al interior de la célula.
Los pulsos eléctricos hicieron que la solución conductora ascendiera por las pajitas, arrastrando consigo los nanodiamantes a través de las diminutas brechas en la membrana celular. Cuando dejamos de aplicar los pulsos, las pequeñas aberturas de la membrana celular se cerraron tras la carga de nanodiamantes introducida de contrabando.
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El mejor amigo de la célula
Nuestra nueva técnica es unas 300 veces más rápida que simplemente incubar células en una solución de nanodiamantes y esperar a que algunos de ellos pasen naturalmente al interior de la célula. Además, redujo a la mitad la retención de nanodiamantes en los lisosomas, lo que permite que una gran parte de los nanodiamantes introducidos permanezca libre y móvil en el interior de la célula: una infiltración exitosa.
Dado que los nanodiamantes pueden informar sobre la temperatura o la acidez de distintas partes de una célula a lo largo del tiempo, esperamos que nuestra técnica de infiltración de nanodiamantes pueda ayudar a identificar y rastrear células cancerosas o células cerebrales relacionadas con la enfermedad de Alzheimer. Y, si encontramos la manera de combinar nanodiamantes con determinados productos químicos, también podríamos hallar formas aún más refinadas de observar las condiciones de los bloques fundamentales de nuestro cuerpo.
