Por primera vez, controlan nanomotores dentro de células vivas

Por primera vez, un equipo de químicos e ingenieros de la Universidad Estatal de Pensilvania han colocado pequeños motores sintéticos dentro de células humanas vivas, los impulsaron con ondas ultrasónicas y los dirigieron magnéticamente. No es exactamente «Fantastic Voyage«, pero está cerca. Los nanomotores, que son partículas de metal con forma de cohete, se mueven por el interior de las células, girando y el gopeando contra la membrana celular

«A medida que estos nanomotores se mueven y chocan con las estructuras dentro de las células, las células vivas muestran respuestas mecánicas internas que nadie ha visto antes», dice Tom Mallouk, profesor de Química de Materiales y Física de la Universidad Estatal de Pensilvania. «Esta investigación es una clara demostración de que puede ser posible usar nanomotores sintéticos para estudiar la biología celular de nuevas maneras. Podríamos ser capaces de utilizar nanomotores para tratar el cáncer y otras enfermedades manipulando mecánicamente las células desde el interior. Los nanomotores podría realizar una cirugía intracelular y entregar medicamentos de forma no invasiva a los tejidos vivos».

Imagen de microscopio óptico de una célula HeLa que contiene varios nanomotores de oro-rutenio. Las flechas indican las trayectorias de los nanomotores, y la línea blanca sólida muestra la propulsión. Cerca del centro de la imagen, un husillo de varios nanomotores está girando. Recuadro: Micrografía electrónica de un nanomotor de oro-rutenio. La dispersión de las ondas de sonido desde los dos extremos se traduce en propulsión

Los hallazgos de los investigadores serán publicados en Angewandte Chemie International Edition, el 10 de febrero de 2014. Además de Mallouk, entre los co-autores están los investigadores de Penn State Wei Wang, Sixing Li, Suzanne Ahmed y Tony Jun Huang, así como Lamar Mair de Física Médica Weinberg en Maryland, EE.UU.

Hasta ahora, dijo Mallouk, sólo se han estudiado nanomotores «in vitro» en un aparato de laboratorio, no en células humanas vivas. Los nanomotores químicamente alimentados fueron desarrollados por primera vez hace diez años en Penn State por un equipo que incluía al químico Ayusman Sen y el físico Vincent Crespi, además de Mallouk. «Nuestros motores de primera generación requerían combustibles tóxicos y no se movían en un fluido biológico, por lo que no se podían estudiar en las células humanas», dijo Mallouk. «Esa limitación era un problema serio.» Cuando Mallouk y el físico francés Mauricio Hoyos descubrieron que los nanomotores se podían alimentar por ondas ultrasónicas, quedó abierta la puerta para el estudio de los motores en sistemas vivos.

Para sus experimentos, el equipo utiliza células HeLa, una línea inmortal de células de cáncer cervical humano que normalmente se utilizan en los estudios de investigación. Estas células ingieren los nanomotores, que luego se mueven dentro del tejido celular, accionados por ondas ultrasónicas. A energía ultrasónica baja, Mallouk explicó, los nanomotores tienen poco efecto en las células. Pero cuando se aumenta la potencia, los nanomotores entran en acción, se mueven y chocan con los orgánulos, estructuras dentro de una célula que realizan funciones específicas. Los nanomotores pueden actuar como «batidoras de huevo» para homogeneizar esencialmente el contenido de la celda, o pueden actuar como arietes para perforar, realmente, la membrana celular.

Mientras los pulsos de ultrasonidos controlan si los nanomotores giran o si se mueven hacia adelante, los investigadores pueden controlar los motores aún más orientándolos con fuerzas magnéticas. Mallouk y sus colegas también encontraron que los nanomotores se pueden mover de forma autónoma —independientemente uno de otro— una capacidad que es importante para aplicaciones futuras. «El movimiento autónomo podría ayudar a que los nanomotores destruyan selectivamente las células que los engullen», dijo Mallouk. «Si se desea que estos motores busquen y destruyan las células cancerosas, por ejemplo, es mejor que se muevan de forma independiente. Usted no querrá que toda una masa de ellos vaya en una dirección.»

La capacidad de los nanomotores de afectar las células vivas es una promesa para la medicina, dijo Mallouk. «Una de las aplicaciones que soñamos es la medicina estilo Fantastic Voyage, donde los nanomotores naveguen por el interior del cuerpo, comunicándose con los demás y realizando diversos tipos de diagnósticos y tratamiento. Hay un montón de aplicaciones para partículas controladas a esta pequeña escala, y el comprender la forma en que funcionan es lo que nos está impulsando».

Referencia de publicación: Wei Wang, Sixing Li, Lamar Mair, Suzanne Ahmed, Tony Jun Huang, Thomas E. Mallouk. Acoustic Propulsion of Nanorod Motors Inside Living Cells. Angewandte Chemie International Edition, 2014.

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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