Próxima generación: las células se comunican con la luz

Ratón con implante de hidrogel que guía la luzM. CHOIEl dispositivo: Seok Hyun Yun, Myunghwan Choi y sus colegas combinaron ingeniería genética, andamios celulares pequeños y principios optogenéticos para desarrollar «hidrogeles que guían la luz». Los investigadores diseñaron los hidrogeles, que están hechos de agua, medios celulares y biopolímeros, para que sean flexibles y transparentes, de modo que sirvan como guía de ondas para la luz. Después de crear hidrogeles que contenían células HeLa, los investigadores conectaron un cable de fibra óptica y trasplantaron los hidrogeles de cuatro centímetros de largo por vía subcutánea en ratones. Demostraron in vivo que las construcciones podían detectar proteínas fluorescentes expresadas por las células y estimular las células utilizando la luz transferida al cable de fibra óptica para suprimir los niveles altos de glucosa en sangre en ratones diabéticos. Su trabajo se publicó hoy (20 de octubre) en Nature Photonics.

“Solo mostramos un ejemplo de detección de luz y terapia, pero no hay más de 20.000 proteínas funcionales en las células” dijo el primer autor Choi,…

Novedades: las personas han realizado terapias basadas en células. La gente ha hecho terapias basadas en hidrogel. Las personas han combinado células e hidrogeles, pero la capacidad de estimular [las células] ópticamente y hacerlo de manera controlada utilizando las propiedades del hidrogel como guía de ondas es innovadora, dijo Michael Pishko, profesor de ingeniería biomédica en Texas A& M University, que no participó en el trabajo.

Los hidrogeles se han utilizado antes para la administración de fármacos, y algunos de ellos incluso están aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos. Asimismo, existen campos completos dedicados al desarrollo de enfoques de ingeniería celular y optogenética para uso terapéutico. No hay nada que realmente tuviéramos que construir o inventar, dijo el autor principal Yun, quien es profesor asociado en Harvard. Reunimos tecnologías hermosas un tanto desconectadas para hacer que [ellas] funcionen en un solo sistema. . . y luego encontró una manera de hacer que todo funcione dentro del cuerpo, agregó.

Importancia: El desarrollo de terapias basadas en células para tratar enfermedades está en curso, pero está plagado de desafíos. . Es extremadamente difícil, cuando se inyectan células en un ratón o en un paciente humano, confirmar que van exactamente a donde y que hacen exactamente lo que deben hacer. La dosificación también es un problema, ya que es difícil saber cuántas células sobrevivirán y si funcionarán correctamente in vivo. Las células se pueden diseñar genéticamente para que expresen proteínas fotoactivas que respondan a la luz, pero llevar la luz a las células una vez que están en el cuerpo es un desafío porque las propiedades ópticas de la mayoría de los tejidos no favorecen el movimiento de la luz.

Los hidrogeles conductores de luz ofrecen soluciones a estos problemas. En un hidrogel implantado, se conoce la ubicación de las células. Además, al permitir que las células reciban y envíen mensajes basados en la luz a través del material transparente, el hidrogel maximiza la eficiencia de la comunicación entre las células y el mundo exterior, según Yun. Agregó que los hidrogeles presentan la capacidad de controlar cuidadosamente qué tan activa es una célula para liberar una proteína, por ejemplo. El hidrogel juega otro papel importante: ayuda a las células a sobrevivir dentro del cuerpo y estabiliza su entorno.

Necesita mejoras: Todavía queda trabajo por hacer antes de que los hidrogeles que guían la luz estén disponibles. listo para la clínica. Hay algunas cosas que deben refinarse y desarrollarse aún más para que se considere realmente práctico, dijo Yun. Un posible obstáculo es la ingeniería celular que será necesaria para que esta técnica sea relevante terapéuticamente.

Las células que utilizaron son células HeLa. Son potencialmente tumorigénicos, dijo Warren WC Chan, quien no participó en el trabajo, pero fue coautor de un artículo de noticias y opiniones adjunto. Podría crear problemas. Chan, quien es profesor en el Instituto de Biomateriales e Ingeniería Biomédica de la Universidad de Toronto, dijo que la forma más segura de proceder sería usar células específicas para cada paciente. Lleva tiempo desarrollarlo, agregó.

Creo que es un muy buen trabajo, pero hay muchos desafíos que deben resolverse, agregó Pishko. Una es, cómo van a influir las células implantadas. . . la capacidad de estos materiales para guiar ondas? La biodegradabilidad, agregó, también puede ser un problema. La capacidad de acoplar luz en el gel en diferentes geometrías in vivo es [otro] desafío. Puedo imaginar que esto funcione si el gel es una película delgada, pero ¿qué sucede si comienzas a mirar cosas que tienen diferentes geometrías?

A pesar de las advertencias, el trabajo refleja el futuro de la integración células naturales con nuevas tecnologías. Creo que aquí es donde el campo se está moviendo, dijo Chan. Está tratando de averiguar cómo manipular las cosas en el cuerpo.

M. Choi et al., Hidrogeles que guían la luz para la detección basada en células y la síntesis optogenética in vivo, Nature Photonics, doi:10.1038/nphoton.2013.278, 2013.

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