Dissenyats uns nanoxips que penetren a lʼinterior de les cèl·lules com a medicaments mecànics
Un equip investigador ha introduït dispositius de 50 nanòmetres de gruix —la mil·lèsima part dʼun cabell— a lʼinterior de cèl·lules vives a fi de conèixer el seu procés de divisió i alterar-lo, i inclús arribar a destruir cèl·lules. En aquest treball, que obre noves vies dʼexploració en el camp de la nanomedicina, hi participen les investigadores Lluïsa Pérez-García i Ezhil Amirthalingam, de la Facultat de Farmàcia i Ciències de lʼAlimentació i lʼInstitut de Nanociència i Nanotecnologia (IN2UB) de la Universitat de Barcelona.
Un equip investigador ha introduït dispositius de 50 nanòmetres de gruix —la mil·lèsima part dʼun cabell— a lʼinterior de cèl·lules vives a fi de conèixer el seu procés de divisió i alterar-lo, i inclús arribar a destruir cèl·lules. En aquest treball, que obre noves vies dʼexploració en el camp de la nanomedicina, hi participen les investigadores Lluïsa Pérez-García i Ezhil Amirthalingam, de la Facultat de Farmàcia i Ciències de lʼAlimentació i lʼInstitut de Nanociència i Nanotecnologia (IN2UB) de la Universitat de Barcelona.
Lʼestudi, publicat a la revista Advanced Materials, el lidera el professor José Antonio Plaza, de lʼInstitut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC), i és el resultat de la col·laboració amb lʼequip de la UB-IN2UB, dirigit per Pérez-García, i el del Centre dʼInvestigacions Biològiques Margarita Salas (CIB-CSIC), amb la investigadora Teresa Suárez al capdavant.
Nanoxips per impedir la divisió cel·lular
Històricament, els grans avenços en lʼestudi del funcionament de les cèl·lules sʼhan assolit mitjançant fàrmacs químics, fet que ha comportat un gran desenvolupament de medicaments per tractar malalties. Durant les darreres dècades, la comunitat científica ha constatat que, perquè les cèl·lules funcionin correctament, la part mecànica (física) és tan important com la química.
El nou treball proposa fer servir nanoxips per estudiar i modular la part mecànica de les cèl·lules. Aquests dispositius nanomètrics, que impedeixen la divisió de les cèl·lules mitjançant processos mecànics, també poden emprar-se com a medicaments «mecànics» per alterar o fins i tot destruir les cèl·lules, fet que obre la porta a tractaments terapèutics nous. En el marc del treball, lʼequip de la UB-IN2UB ha estat vinculat al desenvolupament conceptual i experimental de la recerca i ha implementat la funcionalització química dels nanoxips.
El punt de partida que ha conduït als resultats publicats a Advanced Materials va ser la concessió dʼun projecte Explora del Ministeri de Ciència i Innovació, el 2014, amb la participació dels tres grups investigadors. «Els projectes Explora permeten treballar en recerca innovadora i també arriscada, i tots els equips vam començar a treballar en el que anomenàvem teràpia mecànica del càncer», explica la professora Lluïsa Pérez, del Departament de Farmacologia, Toxicologia i Química Terapèutica, que ha liderat els projectes de la UB en el marc del consorci investigador.
«Els dispositius es poden dissenyar amb formes i dimensions controlades a lʼescala de les micres i els nanòmetres. En particular, els dispositius fabricats tenen forma dʼestrella, un diàmetre de 22 micres i gruixos dʼentre els 50 i els 500 nanòmetres. Estan fabricats en silici i la seva geometria en forma dʼestrella els fa semblants a una malla de nanofibres», explica lʼinvestigador José Antonio Plaza (IMB-CNM-CSIC).
Les cèl·lules són capaces dʼinternalitzar aquestes estructures nanomètriques que tenen dimensions de lʼordre del diàmetre cel·lular. Un cop a lʼinterior, aquests dispositius obstaculitzen de manera mecànica el funcionament cel·lular normal i provoquen així una alteració en el cicle de la cèl·lula i, en alguns casos, la seva mort.
El treball constata que un xip —és a dir, un objecte físic— és capaç dʼinterferir mecànicament en el cicle cel·lular, de manera similar a les fibres dʼasbestos (amiant) causants dʼalteracions cel·lulars que degeneren en malalties. Arran dʼaquest nou estudi, sʼobren noves opcions per analitzar altres geometries i veureʼn lʼefecte en el cicle cel·lular, un punt de partida de potencial interès biomèdic per estudiar moltes malalties, com ara el càncer, en què la part física de les cèl·lules és molt rellevant.
«Impedir la divisió cel·lular o retardar-la mitjançant un obstacle mecànic pot ocasionar la mort cel·lular, la qual cosa podria ser clau per a nous tractaments futurs en medicina», apunta la investigadora María Isabel Arjona (IMB-CNM-CSIC).
Els dispositius sʼhan desenvolupat a la Sala Blanca de Micro i Nanofabricació de lʼIMB-CNM-CSIC, una infraestructura científica i tècnica singular (ICTS) del Ministeri de Ciència i Innovació. El treball sʼha finançat íntegrament amb ajudes públiques de recerca del Govern dʼEspanya, a través dels projectes CELLSKEL, MINAHE6, MINAHE7 i del Pla estatal dʼR+D+I.
Article de referència:
Arjona, M. I.; Duch, M.; Hernández-Pinto, A.; Vázquez, P.; Agusil, J. P.; Gómez-Martínez, R.; Redondo-Horcajo, M.; Amirthalingam, E.; Pérez-García, L.; Suárez, T.; Plaza, J. A. «Intracellular mechanical drugs induce cell-cycle altering and cell death». Advanced Materials, febrer de 2022. DOI: 10.1002/adma.202109581