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Diseñados unos nanochips que penetran en el interior de las células como medicamentos mecánicos

Los dispositivos fabricados tienen forma de estrella, un diámetro de 22 micras y espesores de entre los 50 y los 500 nanómetros. Imagen: CSIC

Los dispositivos fabricados tienen forma de estrella, un diámetro de 22 micras y espesores de entre los 50 y los 500 nanómetros. Imagen: CSIC

Estos nanochips obstaculizan de forma mecánica el funcionamiento celular normal y provocan así una alteración en el ciclo de la célula y, en algunos casos, su muerte. Imagen: CSIC

Estos nanochips obstaculizan de forma mecánica el funcionamiento celular normal y provocan así una alteración en el ciclo de la célula y, en algunos casos, su muerte. Imagen: CSIC

27/04/2022

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Un equipo investigador ha introducido dispositivos de 50 nanómetros de grosor —la milésima parte de un cabello— en el interior de células vivas con el fin de conocer su proceso de división y alterarlo, e incluso llegar a destruir células. En este trabajo, que abre nuevas vías de exploración en el campo de la nanomedicina, participan las investigadoras Lluïsa Pérez-García y Ezhil Amirthalingam, de la Facultad de Farmacia y Ciencias de la Alimentación y el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (IN2UB) de la Universidad de Barcelona.

El estudio, publicado en la revista Advanced Materials, lo lidera el profesor José Antonio Plaza, del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC), y es el resultado de la colaboración con el equipo de la UB-IN2UB, dirigido por Pérez-García, y el del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB-CSIC), con la investigadora Teresa Suárez al frente.

Nanochips para impedir la división celular

Históricamente, los grandes avances en el estudio del funcionamiento de las células se han logrado mediante fármacos químicos, lo que ha supuesto un gran desarrollo de medicamentos para tratar enfermedades. Durante las últimas décadas, la comunidad científica ha constatado que, para que las células funcionen correctamente, la parte mecánica (física) es tan importante como la química.

El nuevo trabajo propone utilizar nanochips para estudiar y modular la parte mecánica de las células. Estos dispositivos nanométricos, que impiden la división de las células mediante procesos mecánicos, también pueden emplearse como medicamentos «mecánicos» para alterar o incluso destruir las células, lo que abre la puerta a tratamientos terapéuticos nuevos. En el marco del trabajo, el equipo de la UB-IN2UB ha estado vinculado al desarrollo conceptual y experimental de la investigación y ha implementado la funcionalización química de los nanochips.

El punto de partida que ha conducido a los resultados publicados en Advanced Materials fue la concesión de un proyecto Explora del Ministerio de Ciencia e Innovación, en 2014, con la participación de los tres grupos investigadores. «Los proyectos Explora permiten trabajar en investigación innovadora y también arriesgada, y todos los equipos comenzamos a trabajar en lo que llamábamos terapia mecánica del cáncer», explica la profesora Lluïsa Pérez-García, del Departamento de Farmacología, Toxicología y Química Terapéutica, que ha liderado los proyectos de la UB en el marco del consorcio investigador.

«Los dispositivos se pueden diseñar con formas y dimensiones controladas a la escala de las micras y los nanómetros. En particular, los dispositivos fabricados tienen forma de estrella, un diámetro de 22 micras y espesores de entre los 50 y los 500 nanómetros. Están fabricados en silicio y su geometría en forma de estrella los hace parecidos a una malla de nanofibras», explica el investigador José Antonio Plaza (IMB-CNM-CSIC).

Las células son capaces de internalizar estas estructuras nanométricas que tienen dimensiones del orden del diámetro celular. Una vez en el interior, estos dispositivos obstaculizan de forma mecánica el funcionamiento celular normal y provocan así una alteración en el ciclo de la célula y, en algunos casos, su muerte.

El trabajo constata que un chip —es decir, un objeto físico— es capaz de interferir mecánicamente en el ciclo celular, de modo similar a las fibras de asbestos (amianto) causantes de alteraciones celulares que degeneran en enfermedades. A raíz de este nuevo estudio, se abren nuevas opciones para analizar otras geometrías y ver su efecto en el ciclo celular, un punto de partida de potencial interés biomédico para estudiar muchas enfermedades, como el cáncer, en el que la parte física de las células es muy relevante.

«Impedir la división celular o retrasarla mediante un obstáculo mecánico puede ocasionar la muerte celular, lo que podría ser clave para nuevos tratamientos futuros en medicina», apunta la investigadora María Isabel Arjona (IMB-CNM-CSIC).

Los dispositivos se han desarrollado en la Sala Blanca de Micro y Nanofabricación del IMB-CNM-CSIC, una infraestructura científica y técnica singular (ICTS) del Ministerio de Ciencia e Innovación. El trabajo se ha financiado íntegramente con ayudas públicas de investigación del Gobierno de España, a través de los proyectos CELLSKEL, MINAHE6, MINAHE7 y del Plan estatal de I+D+i.

 

 

Artículo de referencia:

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, febrero de 2022. DOI: 10.1002/adma.202109581

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