Hemos introducido pequeños diamantes de contrabando en las células para arrojar luz sobre el desarrollo del cáncer
Crédito: SciePro/Shutterstock
A lo largo de los años, los científicos han creado una increíble variedad de marcadores microscópicos que pueden colocar dentro de las células siempre que lo necesiten para etiquetar y observar distintas partes del interior de una célula. Dicho etiquetado se utiliza para una amplia gama de investigaciones, incluida la investigación del cáncer.
Pero infiltrar estos marcadores en las células, a través de la membrana que las protege de sustancias no deseadas, no es nada fácil. Crear una brecha demasiado amplia en la membrana celular al inyectar los marcadores puede ser fatal para la célula. Además, una vez que se introducen de contrabando, muchos marcadores son en realidad tóxicos y son atacados por la célula o provocan su desaparición.
En la búsqueda de marcadores no tóxicos, los científicos han encontrado nanodiamantes: idénticos a esos anillos de compromiso enjoyados, pero un millón de veces más pequeños. Los nanodiamantes son excelentes reporteros dentro de las células, pero aún no aparecen en los conjuntos de herramientas de los científicos porque ha resultado demasiado difícil introducirlos dentro de la célula sin dañar la membrana.
Dirigido por mi supervisora Christelle Prinz de NanoLund, Lund University, nuestro equipo ha creado una nueva forma de infiltrar nanodiamantes en las células sin causar daño ni provocar que la célula las 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 nueva y versátil que nos ayude a comprender mejor las enfermedades celulares como el cáncer y el Alzheimer.
Monitoreo de células
Nuestros cuerpos están formados por aproximadamente 40 billones de células, cuyo tamaño oscila entre 1 y 100 micrómetros. Algunas de estas células a veces se enferman causando cáncer en varios tejidos, o enfermedades neurológicas como el Alzheimer en las células cerebrales. Al monitorear las células enfermas, los investigadores pueden aprender más sobre los orígenes y el desarrollo de estas enfermedades.
Los microscopios pueden mirar dentro de una célula, pero son deficientes para distinguir una célula enferma de su contraparte sana. Para un control más detallado, los investigadores etiquetan las células con marcadores biológicos que exponen más sobre lo que sucede dentro de las células.
Los marcadores biológicos existentes, como tintes orgánicos y proteínas fluorescentes, pueden exponer algunas de las condiciones dentro de una célula para que los investigadores estudiar. Pero estos marcadores a menudo matan a la célula, lo que limita su utilidad para estudios celulares a largo plazo. Los nanodiamantes, por otro lado, no matan las células, razón por la cual ahora los investigadores en ciencia celular los están utilizando.
Nanodiamantes vistos por un microscopio electrónico de barrido. Crédito: Diogo Volpati, Universidad de Lund, proporcionado por el autor.
¿Por qué nanodiamantes?
Los nanodiamantes se producen mediante la detonación de diamantes sintéticos o del polvo que queda después de moler diamantes naturales. A pesar de sus connotaciones de lujo, en realidad son relativamente baratos para investigadores como nosotros y cuestan casi lo mismo que los biomarcadores existentes.
Lo más importante es que los nanodiamantes son biocompatibles: son completamente inofensivos y no tóxicos cuando se colocan dentro de seres vivos. tejido. Eso significa que pueden acechar de incógnito dentro de nuestras células. Una vez dentro, los nanodiamantes brillan dentro de las células y envían información a los investigadores en forma de luz fluorescente, cuya longitud de onda cambia según el pH o la temperatura dentro de la célula.
Infiltrarse en una célula
No es fácil introducir nanodiamantes en una célula. Las membranas celulares han desarrollado un aparato protector impresionante para mantener afuera a los intrusos no deseados. Para infiltrar nanodiamantes, tenemos que esperar que las células los inviten voluntariamente a un procesador muy lento e ineficiente o tenemos que forzar su entrada a través de la membrana celular.
Se ha utilizado la microinyección, utilizando agujas microscópicas. entregar marcadores como nanodiamantes a través de la membrana celular sin dañar fatalmente la célula, pero es un método laborioso que a menudo no tiene éxito.
Incluso después de una infiltración exitosa, los nanodiamantes corren el riesgo de ser engullidos por los lisosomas de una célula, que son un un poco como los guardaespaldas de una célula. Los biomarcadores capturados y confinados dentro de los lisosomas son de poca utilidad para los investigadores que intentan observar la célula completa.
Los lisosomas de las células A, de color naranja en este diagrama, tienden a capturar agentes extraños que detectan en la célula. Crédito: Designua/Shutterstock
Contrabandistas de nanodiamantes
Hemos desarrollado un nuevo método para infiltrar grandes cantidades de nanodiamantes en las células, en gran parte sin ser detectados por los lisosomas y sin dañar la célula misma. Nuestro enfoque combina un campo eléctrico muy suave, que facilita la apertura de la membrana celular, con las llamadas «nanopajillas», como pajitas para beber, pero nanoscópicamente pequeñas.
En nuestro estudio, usamos células derivadas de un paciente con cáncer de pulmón. Colocamos estas células en miles de nanopajitas, comparables a un minúsculo lecho de clavos. Debajo de estas nanopajillas yacían nuestros nanodiamantes, en una solución ligeramente conductora.
Cuando aplicamos pulsos eléctricos de bajo voltaje a las nanopajuelas, aparecieron pequeñas aberturas a lo largo de la membrana celular, en la punta de cada nanopajilla, creando un acceso vía para que los nanodiamantes alcancen el interior de la célula.
Los pulsos eléctricos animaron a la solución conductora a viajar a través de las pajitas, arrastrando los nanodiamantes a través de las pequeñas brechas en la membrana celular. Cuando detuvimos los pulsos, las pequeñas aberturas en la membrana celular se cerraron detrás del cargamento de nanodiamantes de contrabando.
El mejor amigo de una célula
Nuestra nueva técnica es aproximadamente 300 veces más rápida que simplemente incubar células en una solución de nanodiamantes y esperando que algunos de ellos pasen naturalmente a la célula. También redujo a la mitad el atrapamiento de nanodiamantes dentro de los lisosomas, lo que permitió que una gran parte de los nanodiamantes liberados permanecieran libres y móviles dentro del interior de la célula: una infiltración exitosa.
Debido a que los nanodiamantes pueden informar sobre la temperatura o la acidez de diferentes partes de una célula a lo largo del tiempo, esperamos que nuestra técnica de infiltración de nanodiamantes pueda ayudar a identificar y rastrear las células cancerosas o las células cerebrales que están implicadas con la enfermedad de Alzheimer. Y, si podemos encontrar una manera de emparejar nanodiamantes con ciertas sustancias químicas, también podríamos encontrar formas aún más refinadas de espiar las condiciones dentro de los componentes básicos de nuestros cuerpos.
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Nanodiamantes fluorescentes inyectados con éxito en células vivas Proporcionado por The Conversation
Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.
Cita: Hemos introducido pequeños diamantes de contrabando en las células para arrojar luz sobre el desarrollo del cáncer (24 de marzo de 2021) consultado el 30 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/ 2021-03-weve-smuggled-tiny-diamonds-cells.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.